Zn²⁺作为锌离子混合电容器中典型的高活性金属电荷载体，因其较大的水合离子半径和高脱溶剂能垒，导致阴极/电解液界面动力学迟缓和电荷存储容量不足。非金属NH₄⁺电荷载体由于尺寸小、质量轻和氢键效应，能够实现快速去溶剂化和空间电荷转移，成为调制阴极/电解液界面电化学行为以实现高效储能的更佳选择，但其反应机制尚未揭示。

我院刘明贤、甘礼华教授团队长期致力于高效储能材料研究，课题组近期提出了一种NH₄⁺诱导阳离子溶剂化策略, 重构阴极/电解液界面亥姆霍兹平面和优化空间电荷密度分布，克服了溶剂化Zn²⁺缓慢的界面电荷转移，实现了快速和稳定的Zn²⁺/NH₄⁺共存储，构建了高性能双离子电容器。相关成果以“NH₄⁺-Modulated Cathodic Interfacial Spatial Charge Redistribution for High-Performance Dual-Ion Capacitors”为题发表于国际知名期刊《纳微快报》(Nano-Micro Letters)。

理论计算和实验表明，在Zn(OTF)₂–NH₄OTF混合电解液中，Zn²⁺展现出高反应活性，NH₄⁺具有低反应能垒，两者协同实现快速和稳定的界面反应动力学。

分子动力学模拟证实，Zn²⁺和NH₄⁺分别形成Zn(H₂O)₆²⁺和NH₄(H₂O)₄⁺溶剂化结构，其中NH₄⁺具有更低脱溶剂化能垒，提供更高效的离子键合动力学。

界面电化学行为研究表明，Zn²⁺/NH₄⁺双电荷载体重构了阴极/电解液界面亥姆霍兹层结构，其中高活性Zn²⁺离子占据内层，小尺寸/轻质NH₄(H₂O)₄⁺占据外层，有效压缩了双电层厚度，实现高密度空间电荷存储。

电化学性能研究表明，锌离子混合电容器在Zn(OTF)₂–NH₄OTF电解液中展示出高容量(240 mAh g⁻¹@0.5 A g⁻¹)、高倍率性能(130 mAh g⁻¹@50 A g⁻¹)和超长循环寿命(400,000次充放电后容量保持率为98.59%)以及优异柔性（0−180 °内任意弯曲）。

异位光谱和理论计算表明，Zn²⁺/NH₄⁺实现了协同物理共吸附和多电子化学键合反应。这项研究工作为阴极-电解液界面设计以构建先进锌离子混合电容器提供了新的见解。

上述研究工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委和中国博士后科学基金会资助，宋子洋博士后、甘礼华教授和刘明贤教授为论文共同通讯作者，博士生陈裕敏为论文第一作者。

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-01660-0