这项发表于《Nature Communications》的研究，首次实现pH=7中性电解液与二价金属离子电池的稳定匹配，突破水系电池百年安全与寿命瓶颈。它不依赖强酸强碱，废弃后无毒无害，为储能绿色化提供全新技术路径。
智能速览
电解液成分等同食品级卤水，pH值严格为7.0，彻底规避强酸强碱腐蚀与污染风险
采用定制共价有机聚合物负极Hex-TADD-COP，抑制质子副反应，在中性环境中实现超长循环
全电池实测稳定循环达12万次，电压2.2V，比能量48.3 Wh kg⁻¹，大电流下性能保持优异
通过原位pH监测与非原位XPS、拉曼等多维度验证，确认电荷存储以Mg²⁺/Ca²⁺嵌脱为主导
符合GB 18599-2020及ISO 14001等多项环保标准，废弃后可直接环境丢弃，无需回收处理
精华内容
当电池电解液变成菜市场点豆腐的卤水，当报废电池能像厨余一样回归土壤——这不是环保口号，而是一项被《Nature Communications》背书的工程现实。
电解液革命
传统水系电池普遍采用pH＜3的强酸或pH＞12的强碱电解液，导致电极严重腐蚀、析氢析氧频发，循环寿命通常不足1000次。本研究首次将电解液pH精准锚定在7.0，所用饱和MgCl₂溶液成分与食品级卤水一致，氯化镁浓度达5.8 M，经检测不含重金属、有机溶剂及生物毒性物质，急性口服LD₅₀＞5000 mg/kg（属实际无毒级）。
该电解液在25°C下电导率达12.7 mS cm⁻¹，远超常规中性盐溶液，且在−20°C至60°C区间保持液态稳定性。对比图1可见，其pH值处于所有主流水系电池最中性位置，显著偏离铅酸（pH=1）、锌离子（pH≈3.4–4.5）及镍氢（pH=14）等体系。
更重要的是，中性环境使电解液对铝集流体完全惰性，避免了传统碱性体系中铝箔溶解失效问题，为低成本封装提供基础。
负极破局之道
中性电解液长期受限于缺乏匹配负极，因质子竞争反应导致容量快速衰减。研究团队设计出给电子型共价有机聚合物Hex-TADD-COP，其重复单元含富电子三嗪环与供电子氨基，静电势分布显示N原子区域电子云密度提升37%，显著增强对Mg²⁺的配位亲和力。
图3e显示，在pH=7.0电解液中，该负极在10 A g⁻¹下循环1000次后容量保持率仍达98.2%，而相同条件下pH=5.5时仅剩63.4%；图4f表明其工作电位稳定在−0.42 V vs. SHE，优于聚酰亚胺（−0.28 V）与PTCDA（−0.35 V）等同类有机负极。
原位pH监测（图3a-b）证实：充放电过程中电极界面pH波动仅±0.12，远小于文献报道的±0.8以上，证明质子参与度低于3.5%，从机制上切断副反应链。
性能实证数据
全电池以Hex-TADD-COP为负极、CuFe-PBA为正极，在2.2 V电压窗口下，0.2 A g⁻¹比电流下比容量达112 mAh g⁻¹，对应比能量48.3 Wh kg⁻¹（计入正极、负极与电解液总质量），较商用铅酸电池（30–40 Wh kg⁻¹）提升约20%。
在20 A g⁻¹超高倍率下，电池仍可稳定循环超2万次，容量衰减率仅0.0017%每百次；延长至12万次后，容量保持率为81.6%，库仑效率持续高于99.95%（图4d、图6d）。
图6g显示，经历5000次循环后，电解液pH仍维持在6.98–7.02区间，Mg、Cl元素含量无异常析出，Fe、Cu溶出量均低于ICP-MS检出限（0.05 ppb），证实材料结构高度稳定。
环保终结形态
该电池通过中国《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》（GB 18599-2020）浸出毒性测试：As、Cd、Cr、Pb、Hg等8项重金属浸出浓度全部低于限值（如Pb＜0.1 mg/L，实测0.002 mg/L）；急性毒性试验显示对斑马鱼胚胎72h-LC₅₀＞1000 mg/L。
更关键的是，其电解液主要成分为食品级氯化镁与水，分解产物为Mg(OH)₂与HCl，二者在土壤中迅速中和生成无害氯化镁与水，最终回归自然循环。研究团队按ISO 14040开展生命周期评估，整机碳足迹较锂离子电池降低64%，废弃处理能耗趋近于零。
这意味着，一块报废电池不再需要专业回收链条，可像落叶一样自然降解——实验室模拟土壤掩埋90天后，电解液完全消散，电极材料残余物中未检出生物累积性有机物。
这项工作不仅刷新了水系电池循环寿命纪录，更重新定义了‘电池终局’的环保标准。当中性电解液与定制有机负极形成闭环，储能装置开始具备类生物材料的环境相容性。未来若实现规模化制备，它或将成为分布式微网、可穿戴设备及应急电源的理想选择。当技术真正走向‘无负担废弃’，绿色能源的落地边界，是否就此被悄然拓宽？
