2025年11月，南京工业大学大学吴雨桐，汪舟鹭和扬州大学王超在《Joule》(IF=35.4)在线发表题为《Everything works, almost: A perspective on material evaluation in aqueous battery research》的评论。
产品引用
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研究背景
本文省略关于可再生能源及水系电池先进材料前景的常规引言，聚焦当前材料研究中的普遍趋势：研究者日益倾向于通过合成高度新颖的材料以实现性能的微小提升。此类研究常以可再生或生物质衍生资源为前驱体，沿用已有合成路径，并通过赋予复杂命名（如公式材料@A-B+C/D|E@F）快速构建“新”材料体系。这种被称为“sandwiching”（三明治式研究）的研究范式，虽能高效产出大量名义上的新材料，但其内在创新性有限，且常因实验可重复性差、工艺难以放大而缺乏实际应用价值。近期一项以鸟粪作为掺杂添加剂的研究以讽刺方式揭示了这一问题的本质：当简单甚至非常规原料亦能实现类似性能时，复杂的多步合成策略便显得缺乏必要性，反映出当前部分研究过度追求形式新颖而忽视实际效用的倾向。
工作描述
研究旨在避免依赖复杂的化学合成过程或对实验条件高度敏感的实验室操作流程，因此所采用的材料绝大多数均直接来源于市售商品。在电极添加剂方面，选取了多种常见粉末状物质，包括奶粉、可可粉、孜然、速溶咖啡、猫粮及辣椒粉。集流体则选自非传统生物或天然材料，涵盖动物骨骼、海带以及牛肉组织。在电解质体系中，进一步尝试引入日常饮用液体，如茶、牛奶和咖啡，作为功能性添加剂。实验结果表明，上述材料组合能够成功构建具备良好循环稳定性的锌-碱性电池，充分证明多种日常物质具备被重新定义为电化学功能组件的潜力。尽管所选材料在电池应用背景下显得非常规，但该结果在本研究的设计逻辑框架下具有合理性，其关键在于一项核心实验策略（将在后续部分阐明），该策略构成了整个实验设计的基础。
结果与讨论
本研究系统考察了电极材料、集流体及电解质的组成与性能。将多种市售稳定粉末以12.5 wt%的比例掺入ZnO基负极浆料中，添加剂的选择主要基于其可获得性与示范意义，而非预设的电化学优势。结果表明，所有含添加剂的电池均表现出可量化的性能提升，全电池比容量超过500 mAh g⁻¹（ZnO理论容量为658.5 mAh g⁻¹），并在300次循环内保持稳定运行。为验证数据的可靠性，所有测试均在三个独立批次中重复进行，结果具有一致性；即使不含添加剂的纯ZnO电极亦展现出合理的电化学性能。辅助表征技术（包括XRD、TGA、CV、EIS、SEM和BET分析）证实了添加剂的稳定引入且未发现异常物相或结构变化。然而，这些结果虽符合标准材料分析规范，仍未能阐明性能提升的根本机制。
图1. 普通粉末的优异循环性能
本研究进一步探索了猪骨、海带及牛肉等非常规集流体的应用。经适度修整后，上述天然基底被直接用作电极载体，组装为烧杯型电池，完全取代传统的铜/锡箔集流体，且未引入任何氧化锌活性物质或电极添加剂。此类替代性构型在400次循环中表现出稳定的充放电循环性能，比容量可达500 mAh g⁻¹。然而，其长期循环稳定性仍低于含电极添加剂的体系，该差异可能与仿生集流体自身的结构稳定性不足及其在运行过程中的逐步降解行为密切相关。
图2.非传统生物集流体的出色循环性能
为进一步探究非常规电解液组成的影响，本研究向基础电解液中引入少量市售饮品，包括茶、牛奶和咖啡。实验结果表明，仅有茶能够维持电池系统的稳定运行，其电化学性能优于前述电极添加剂与集流体，在600次循环中比容量持续超过500 mAh g⁻¹。相比之下，添加牛奶或咖啡会迅速导致电解液失稳，表现为明显的浑浊现象及电化学活性的急剧衰减。尽管该结果初看具有局限性，但其科学意义显著：这是在“几乎所有材料均表现出一定功能”的研究背景下，首次实现明确的阴性对照。基于上述实验观察，我们是否可以提出如下结论——在锌碱性电池体系中，几乎一切皆可发挥作用？图3.电解质与日常饮料组合物
在水系锌电研究领域，科研人员普遍了解：使用ZnO 饱和电解液能够显著提升体系的长期稳定性。然而，近日一篇研究文章指出，如果这一关键条件在实验中被忽略、淡化或未被充分披露，就可能导致对材料性能的误判。文章强调，当一种新材料看似“表现突出”时，这种优势有时并非来自材料本身，而是源于体系预先具备的稳定性条件。如果研究未明确说明采用了 ZnO 预处理等重要步骤，读者就可能将本应归属于体系条件的提升，误以为是新材料带来的“突破”。这种错误归因不仅会夸大材料的有效性，也会让不同研究之间难以进行公平比较，甚至造成评价上的偏差。更值得注意的是，文章指出，在相对宽松的实验设定下，研究者可能会产生“一切都有效”的错觉。许多看似逐步提升的结果，实际上并非真正推动了电化学反应本质的进步，而只是建立在体系本就“高稳定性”的基础上。因此，近年来迅速涌现的多种夹层结构设计，很可能只是对已有体系的细小调整，看上去“亮眼”，但本质属于渐进式变化，而非真正的材料创新。
文章同时明确指出，这一讨论并非对现有领域的批评，也并未质疑以往研究的有效性。事实上，不少高质量的工作在建立测试流程或优化电解液组成时，都清晰地标注了ZnO 饱和电解液的使用；商用锌碱性电池中也广泛采用相同策略来维持稳定性。在这些案例中，性能提升被准确归因于体系设定，而非某一特定材料。
综上，在氧化锌（ZnO）饱和电解液的环境中，许多原本“化学惰性”、看起来毫无电化学活性的材料，其实都能够表现得相当“能打”。研究团队甚至只用了低成本粉末、生物衍生材料和非常简单的制备方法，就获得了超过 300 mAh g⁻¹ 的比容量，而且循环几百次依然稳定。这些亮眼的数据乍看之下像是材料本身很厉害，但研究给出的答案恰恰相反——性能的真正来源主要是 ZnO 饱和电解液所提供的体系级稳定性，而不是某种特殊的新材料。在这样一个包容度极高的体系里，只要材料本身足够化学稳定，不会干扰电极反应，它往往就能“看起来很有效”。因此，真正决定体系表现的关键，并不在于材料的名字是否新颖，也不在于它的结构是否复杂，而在于电解液是否具备良好的缓冲能力，以及是否避免引入会破坏循环可逆性的成分。换句话说，在这一体系里，材料的新鲜程度往往只是一种形式，而并不是决定性因素。有意思的是，即便材料贡献有限，只要采用一些组合式的实验策略，也能够轻松获得看似不错、可以发表的结果。需要特别说明的是，研究之所以选用这些市售材料，并不是为了推荐它们成为下一代电池的组件，也不是要把奶粉等日用品变成“电池添加剂”。研究的真正目的，是通过一项概念验证实验，探索材料功能的边界，并提醒学界思考一个重要的问题：当一种材料表现得“有效”时，这究竟是它本身的功劳，还是体系环境给予的“加成”？这在当前水系电池研究快速发展的背景下显得尤为关键。事实上，类似的体系效应并不仅存在于 ZnO 电解液中。在其他电池化学体系里，通过调控电解液成分、支撑结构和整体电池设计，也可以轻易获得不错的“性能提升”。但在不少报道中，这些效果往往被过度归因于某一种“新材料”，而缺乏对体系作用的充分剥离。研究指出，未来若能在实验设计中更加严格地控制变量，并建立清晰的基准体系，同时对数据采集和处理方式进行完整披露，将有助于提高研究透明度，减少误解，使真正的材料创新更容易被识别出来。最终，这项研究并不是在否定材料创新本身的重要性，而是想提醒学界保持更高的科学标准和批判性思维。在大量增量式创新不断涌现的当下，如果几乎任何材料都能“奏效”，那么我们就必须更加深入地追问：我们是否真的理解了支撑这些性能的物理化学本质？这无疑是当前电池材料研究亟待面对的核心问题。
