柔性储能系统的电解质演变：从液态到固态，从刚性到柔性，从有机到水系
近年来，随着可穿戴设备、电子皮肤、智能医疗、软体机器人等新兴技术的快速发展，对柔性储能系统（Flexible Energy Storage Systems, FESS）的性能提出了更高要求。作为储能系统的核心部件，电解质不仅决定了电池的安全性和能量密度，更关系到其在复杂变形环境下的稳定运行。柔性、稳定且高效的电解质材料，正成为推动柔性储能技术走向实用的关键。
近日，永乐高60net孙正明教授团队在国际顶级期刊《Chemical Reviews》（影响因子62.1）发表题为《Electrolyte Evolution for Flexible Energy Storage Systems: from Liquid to Solid, from Rigid to Soft, and from Organic to Aqueous》的综述论文，永乐高60net水涛副研究员为综述第一作者、硕士研究生梁耀嘉为共同一作，通讯作者由永乐高60net佘伟教授、章炜教授、孙正明教授及南京航空航天大学永乐高60net张腾飞教授合作担任。该论文系统梳理了柔性储能系统中电解质材料的发展脉络，从结构演化到机制解析、从关键挑战到前沿策略，全面呈现了柔性电解质的研究进展与未来方向。
柔性储能系统为何需要“重新设计”的电解质？
FESS被广泛认为是下一代电子设备的“能量心脏”，从可穿戴传感器到植入式医疗设备，再到航空航天工程，都离不开其支持。然而，在这些复杂应用场景中，传统电解质往往无法同时满足柔性、稳定、安全和高能效的多重要求。本综述提出：电解质正经历三大演进趋势——从液态到固态、从刚性到柔性、从有机到水性。每一类变化的背后，都源于柔性储能对结构、性能和功能的新需求，也代表着未来柔性电解质材料的核心研究方向。
图1. FESS电解质的演变趋势：从液态到固态、从刚性到柔性、从有机到水性
图2.电解质的从有机系向水系过渡的发展历程
电解质面临的挑战有哪些？
文章指出，当前柔性储能电解质仍面临以下瓶颈问题：
离子电导率低：固态电解质中离子传输路径受限，难以满足高倍率需求；
电化学稳定窗口窄：限制了器件的工作电压与能量密度；
电极-电解质界面不稳定：易发生脱粘、枝晶生长等问题，降低循环寿命；
功能集成能力不足：难以兼顾柔性、自修复、防冻、阻燃等多重性能。
这些问题不仅影响器件性能，也限制了FESS在极端环境中的广泛应用。
图3. FESS电解质所面临的挑战及其应对策略
如何破解难题？
针对上述挑战，论文系统总结了电解质设计的调控思路与材料构建策略：
提升离子传导性：通过构建无机填料导通网络、引入离子通道结构、优化聚合物链段设计，提升固态或水凝胶体系中的离子迁移效率；
拓宽电化学窗口：采用分子结构调控、“盐包水”等策略，提高电解质稳定性，延长使用寿命；
构建稳定界面：通过原位聚合、界面改性和高强度凝胶结构，降低接触电阻，抑制枝晶生长；
实现多功能集成：发展具备防冻、阻燃、自修复能力的新型功能化电解质，满足极端环境与长期使用需求。
图4.特殊的结构设计实现对应物理性能需求
水凝胶：下一代柔性电解质的潜力之选
文章特别指出，水凝胶电解质因其柔软、安全、环境友好等特性，正成为新一代FESS材料的重点发展方向。其三维聚合物网络结构不仅利于离子高效迁移，也能适应复杂形变。然而，其电化学稳定性与机械强度仍需突破。
为推动水凝胶电解质进一步发展，团队提出四大核心研究方向：
先进复合材料设计：引入导电纳米碳材料、无机陶瓷填料，构建高性能复合体系；
微观机制深入解析：结合原位表征技术和分子模拟，揭示离子迁移路径与动态行为；
优化界面兼容性：通过柔顺界面工程提升电极-电解质黏附性能；
自修复与绿色回收：利用动态键和生物基材料，实现材料的可持续使用与循环再生。
同时，文章还展望了诸如冰模板构筑有序通道、混合型凝胶/固态电解质设计、人机界面集成等前沿策略，为柔性储能技术拓展更广阔的应用空间。
结语：推动柔性能源走向实用化
本综述从“材料-结构-功能”一体化的角度出发，为柔性储能电解质的设计、优化与未来演进提供了系统思路与前瞻性指导，具有重要的学术价值和工程意义。未来，随着AI辅助模拟、3D打印制造、多功能集成等技术的融合发展，柔性电解质有望为新一代智能终端提供更加高效、安全、持久的能量解决方案。
论文信息：
题目：Electrolyte Evolution for Flexible Energy Storage Systems: from Liquid to Solid, from Rigid to Soft, and from Organic to Aqueous
期刊：Chemical Reviews
作者单位：永乐高60net、南京航空航天大学材料科学与技术学院
通讯作者：张腾飞教授、佘伟教授、章炜教授、孙正明教授
DOI：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5c00036