超快充电电池在电网储能、智能电子设备、航空军事供电等领域有着迫切的应用需求，钠离子电池凭借优异的快充能力与宽温区工作稳定性成为研究热点，但超快充电工况下电池易出现严重极化、钠析出、热失控等问题，大幅损害电池性能与安全性；可实现Na⁺-溶剂共嵌入的层状材料能够消除去溶剂化能垒、展现优异倍率性能，然而不同研究采用的电解液组分差异较大，难以明确电解液各项理化性质、溶剂化结构对快充性能的单独作用，同时传统表征手段与理论模型也无法阐释分钟级以内超快充放电过程中的电化学行为，因此亟需开发全新方法来定向设计与筛选适配超快充电电池的电解液。
近日，复旦大学王飞、阮佳锋、上海人工智能实验室苏茂团队采用数据驱动结合机器学习的研究思路，搭建包含52种不同组分电解液的数据集，依托分子动力学模拟与电化学测试提取电解液理化参数、溶剂化结构特征，结合因果图分析与高斯过程回归解析各参数对石墨电极超快充钠储能性能的影响，发现溶剂化团簇尺寸是决定超快储能性能的核心因素，更小的溶剂化团簇可降低共嵌入能垒、加快[Na⁺-溶剂]团簇在石墨层间的嵌脱动力学；最终筛选出最优电解液体系1.0 M NaPF₆-二甲氧基乙烷(DME)，该体系下石墨电极可实现250 A g⁻¹的极限电流密度，循环寿命可达100000圈，搭配Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇正极组装的全电池可实现最高200 C倍率（单次充电约3.4 s）的秒级充放电，50 C倍率下稳定循环24000圈，单软包电池在10 C倍率下循环2000圈后容量保持率仍达93.4%，整套体系兼具超高功率、超长循环稳定性与实际应用潜力。
该成果以“Compact Solvation Enables Sub‐Minute Sodium‐Ion Storage: A Data‐Driven Perspective”为题发表在“Advanced Materials”期刊，第一作者是Wang Mingxu、Tang Chenyu。
【工作要点】
1. 研究团队设计并构建了涵盖不同钠盐、溶剂、浓度的52种电解液数据集，借助高通量实验与分子动力学模拟，采集电解液扩散系数、分子间作用力、密度等物理性质，以及Na⁺相关溶剂化结构参数，同时完成钠-石墨扣式电池的电化学测试，为后续数据驱动分析奠定完整数据基础。
2. 运用因果图分析明确各电解液参数与超快储能性能的关联强度，证实溶剂化团簇尺寸对石墨超快充放电性能起到主导作用，Na⁺溶剂化鞘层尺寸越小，越有利于溶剂化钠离子在石墨层间快速、可逆地完成嵌脱过程，离子输运动力学也随之提升。
3. 结合高斯过程回归模型对电池性能进行预测并验证参数选择的合理性，同时探究了固态电解质界面特性、电解液黏度、离子电导率、扩散系数等因素的影响，证实共嵌入体系中类固态电解质界面并非反应限速步骤，离子输运与溶剂化结构才是核心影响因素。
4. 确定1.0 M NaPF₆-DME为最优紧凑溶剂化电解液体系，系统验证该电解液在石墨负极、多种层状电极材料、全电池及软包电池中的电化学表现，该体系不仅实现超高电流密度、秒级充放电与超长循环，还具备低温工作能力与良好的工况适配性，为超快充电钠离子电池电解液设计提供全新方案。
【结论】
本研究依托数据驱动方法系统探究了电解液各项性质与石墨电极超快钠离子储能行为之间的关联，对不同浓度、钠盐、溶剂组成的电解液开展分子动力学模拟与电化学测试，通过因果图分析解耦各类参数的影响权重，证实紧凑的溶剂化鞘层结构是实现超快充放电的核心因素，该结构可大幅提升[Na⁺-溶剂]团簇在石墨层间的嵌脱动力学。研究筛选得到最优电解液1.0 M NaPF₆-DME，该体系使石墨电极达到250 A g⁻¹的极限电流密度，同时实现100000圈的超长稳定循环；搭配Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇正极组装的全电池，在50 C倍率下可稳定循环24000圈，高负载单层软包电池经2000圈循环后容量保持率为93.4%，单圈容量衰减低至约0.003%。该工作不仅开发出一种具备超高功率特性的新型钠基电池体系，也为下一代快充电池电解液的设计、评估开辟了全新的研究思路与技术路径。
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