随着航空航天、深地勘探等极端环境领域对耐高温特种电源需求的激增，镁金属电池因其高熔点（约650°C）、低枝晶倾向及高理论容量等优势备受关注。高温下电解质的分解失控及负极界面副反应频发，严重制约其实用化进程。近期，中国科学院研究团队在高温镁电池电解质领域取得突破性进展，通过创新性分子设计与界面工程策略，成功开发出兼具耐高温特性与界面稳定性的新型聚合物电解质，为下一代高温储能技术提供了关键解决方案。

仿生策略重构界面层​​

传统镁电池电解质在高温下易与活泼的镁金属发生持续副反应，导致界面阻抗激增和容量衰减。受自然界“疏优于堵”的启发，研究团队提出​​原位构筑自适应界面层​​的创新思路。通过引入含双官能团的小分子交联剂，对聚环氧氯丙烷（PECH）进行改性，在电解质内部生成大量季铵根官能团。这些官能团因其低还原稳定性，优先在镁负极表面分解，形成富含Mg₃N₂的无机-有机复合固态电解质界面（SEI）。

该SEI层呈现梯度结构：外层以柔性有机物为主，可缓冲体积变化；内层富含高离子导率的Mg₃N₂，显著降低镁离子迁移活化能（较传统MgO界面降低约40%）。实验表明，这种“引导式分解”策略有效抑制了电解质持续消耗，将界面副反应速率降低至传统体系的1/5以下。

宽温域与高安全双提升​​

基于该电解质组装的镁金属电池展现出卓越的高温适应性：

​​循环稳定性​​：在150°C高温、2C倍率下，电池稳定循环超过200次，容量保持率达80%，远超现有高温镁；

​​宽温域运行​​：电解质在30-180°C范围内保持高效离子传导（电导率＞1 mS/cm），突破传统液态电解质50-120°C的工作极限；

​​滥用安全性​​：穿刺、过充等极端测试中，电池未发生热失控；电解质还具备自修复能力，受损后经加热可恢复90%以上力学性能。

分子设计与工艺创新​​

研究团队通过三大核心创新实现性能跃升：

​​双功能交联剂设计​​：交联剂同时完成聚合物网络构筑与季铵根引入，简化制备流程；

​​单离子导体特性​​：季铵根通过锚定阴离子，将镁离子迁移数提升至0.71（传统电解质＜0.4），减少极化损耗；

​​梯度SEI调控​​：结合分子动力学模拟与原位表征，精确调控界面组分分布，实现离子传输与界面稳定的平衡。

​​产业化前景与挑战​​

此项研究为高温镁电池提供了可规模化生产的电解质方案——原料成本较现有体系降低30%，且与卷对卷工艺兼容。潜在应用场景包括：地热井监测设备的自供电系统；航天器舱外设备储能模块；电动汽车高温工况备用电源。

尽管取得突破，团队指出仍需解决​​长期循环界面演变机制​​和​​宽电压窗口适配性​​等挑战。下一步将探索电解质-正极材料的协同优化，目标在3年内实现150°C环境下1000次循环的工程化验证。

中科院此项研究通过仿生界面工程策略，为高温镁电池的发展开辟了新路径。其核心价值不仅在于性能参数的提升，更在于提供了一种“引导反应而非抑制反应”的哲学范式，这对锂金属电池、钠硫电池等高温储能体系的开发具有普适性启示。随着极端环境应用需求的扩展，此类创新技术有望重塑特种电源产业格局，助力我国在高温储能领域保持国际领先地位。