頂刊《Joule》發(fā)出警示：“鳥屎+石墨烯”之后，“萬物”皆可電池？表面光鮮的“偽創(chuàng)新”正在泛濫！

近年來，水性電池研究日益強(qiáng)調(diào)合成新型材料以解鎖其“巨大潛力”，無數(shù)新材料被開發(fā)以追求增量性能提升。然而，這些研究往往報(bào)道逐步改進(jìn)，盡管增益規(guī)模較小，但持續(xù)探索新選項(xiàng)，常使用可再生或生物質(zhì)資源作為起點(diǎn)。這種“三明治”式材料研究方法通過排列不同組件快速生成眾多“新”配置，但原創(chuàng)性有限，且由于再現(xiàn)性和可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)，提供有限實(shí)用價(jià)值。例如，研究人員曾使用鳥糞作為性能增強(qiáng)添加劑，以諷刺方式展示即使非常規(guī)前體也能改善電催化活性，突顯了復(fù)雜摻雜的必要性存疑。（詳細(xì)報(bào)道：）

南京工業(yè)大學(xué)吳雨桐、汪舟鷺、揚(yáng)州大學(xué)?王超合作發(fā)表評(píng)論文章，通過一系列看似“荒誕”的實(shí)驗(yàn)，揭示了當(dāng)前水系電池材料研究中一個(gè)普遍存在的誤區(qū)：在特定條件下，幾乎任何材料都能表現(xiàn)出“優(yōu)異”的電化學(xué)性能，而這并不代表材料本身具有突破性。

研究人員通過一個(gè)概念性實(shí)驗(yàn)探討了水性電池材料評(píng)估的邊界。他們使用日常材料如奶粉、可可粉、孜然粉、速溶咖啡、貓糧和辣椒粉作為電極添加劑，以及非常規(guī)集流體如動(dòng)物骨頭、海帶和牛肉，在Zn-堿性電池中組裝出功能正常的電池，并顯示出穩(wěn)健的循環(huán)性能。然而，關(guān)鍵揭示是，這些性能改進(jìn)并非源于材料本身，而是由于電解質(zhì)預(yù)飽和ZnO所創(chuàng)造的穩(wěn)定電化學(xué)環(huán)境。這項(xiàng)工作提醒，當(dāng)新材料“有效”時(shí)，必須質(zhì)疑其真正原因，避免將性能錯(cuò)誤歸因。相關(guān)論文以“Everything works, almost: A perspective on material evaluation in aqueous battery research”為題，發(fā)表在Joule上，論文第一作者為Yutong Wu、 Fei Gao、 Yuhao Zhang和Guotao Wang。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人震驚

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員首先將一系列商業(yè)、貨架穩(wěn)定粉末以12.5 wt %的比例加入ZnO基陽極漿料中。這些添加劑包括奶粉、可可粉、孜然粉、速溶咖啡、貓糧和辣椒粉，并非基于假設(shè)優(yōu)勢(shì)選擇，而是出于可訪問性和說明價(jià)值。令人驚訝的是，每種添加劑都導(dǎo)致電池性能的可測(cè)量改進(jìn)，全電池容量超過500 mAh g?1，并在300次循環(huán)中保持穩(wěn)定運(yùn)行。重復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)結(jié)果一致，即使純ZnO電池也表現(xiàn)良好。

圖1非凡的循環(huán)性能來自常見粉末（A–F）用作電極添加劑的各種粉末。（G）相應(yīng)的全電池性能。

接下來，探索非常規(guī)集流體：豬肉骨頭、海帶和牛肉。這些基底經(jīng)過輕微修剪后組裝成燒杯電池，替代典型的Cu/Sn箔集流體，且沒有ZnO活性材料或電極添加劑。這些替代配置產(chǎn)生了穩(wěn)定的循環(huán)曲線，容量達(dá)500 mAh g?1 over 400次循環(huán)，但長(zhǎng)期穩(wěn)定性低于電極添加劑電池，這與生物啟發(fā)集流體的本征穩(wěn)定性和逐漸降解相關(guān)。

圖2優(yōu)異的循環(huán)性能來自非常規(guī)生物啟發(fā)集流體（A–C）無電池活性材料的天然材料集流體。（D）相應(yīng)的全電池性能。

此外，研究電解質(zhì)組成的影響，通過向電解質(zhì)中添加少量茶、牛奶或咖啡。有趣的是，只有茶維持了穩(wěn)定的電池操作，提供優(yōu)于電極添加劑和集流體的性能，容量超過500 mAh g?1 超過600次循環(huán)。相反，添加牛奶或咖啡迅速使電解質(zhì)不穩(wěn)定 ，導(dǎo)致可見混濁和電化學(xué)活性快速損失。

圖3電解質(zhì)組成與日常飲料，幾乎有效（A–C）添加到電解質(zhì)中的飲料。（D–F）相應(yīng)的電池響應(yīng)隨時(shí)間變化。

然而，這些令人印象深刻的性能并非源于非常規(guī)材料本身，而是研究人員故意設(shè)計(jì)的穩(wěn)定電化學(xué)環(huán)境。關(guān)鍵“技巧”是在所有測(cè)試中，電解質(zhì)預(yù)飽和了ZnO。在Zn-堿性電池機(jī)制中，Zn溶解為鋅酸鹽并再沉淀為ZnO，ZnO預(yù)飽和通過維持鋅酸鹽儲(chǔ)層和防止過飽和來穩(wěn)定這一過程。省略ZnO導(dǎo)致快速容量衰減，確認(rèn)其在維持電化學(xué)活性中的關(guān)鍵作用。因此，當(dāng)新材料在性能主要由其他因素主導(dǎo)的系統(tǒng)中時(shí)，表觀益處可能被錯(cuò)誤歸因于材料本身。

對(duì)科研界的警示

文章批評(píng)了當(dāng)前材料研究中流行的“三明治”式研究范式——即通過簡(jiǎn)單替換或堆疊不同組分快速生成大量“新材料”并發(fā)表論文，卻忽視了系統(tǒng)條件對(duì)性能的主導(dǎo)作用。這種追求“萬物皆可發(fā)論文”的趨勢(shì)，可能導(dǎo)致大量表面光鮮但實(shí)際創(chuàng)新有限的成果泛濫，掩蓋真正有意義的突破。

呼吁更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

研究人員總結(jié)道，他們故意設(shè)計(jì)了一個(gè)場(chǎng)景，其中ZnO飽和電解質(zhì)使幾乎任何化學(xué)惰性材料顯得有效。這并非因?yàn)檫@些材料固有特殊，而是系統(tǒng)條件在起作用。在如此寬松條件下，幾乎所有添加劑或材料只要保持良性就能工作。他們呼吁在材料評(píng)估中采用更嚴(yán)格的驗(yàn)證框架，如隔離變量、與適當(dāng)基線比較，并明確報(bào)告所有實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。展望未來，領(lǐng)域應(yīng)受益于此類實(shí)踐，確保進(jìn)步既穩(wěn)健又真正可歸因于材料，避免增量聲明的擴(kuò)散掩蓋真正有意義的進(jìn)展。

這項(xiàng)研究不僅是對(duì)電池領(lǐng)域的反思，也為整個(gè)材料科學(xué)界敲響了警鐘：當(dāng)“幾乎一切皆可用”時(shí)，真正的創(chuàng)新何在？