水系质子电池是一种以质子为电荷载体的新型储能装置，它兼具水溶液和非金属电荷载体的优点，具有成本低、安全性高、环境友好等特点。和其他载流子相比，质子具有最轻的质量和最小的半径，这一特点赋予了质子电池快速的电化学反应动力学。

然而，质子电池体系中使用一定浓度的酸作为电解质，在放电过程中容易出现析氢等副反应；同时电解质中自由水对电极材料的腐蚀使电极材料的结构受到破坏。这些不利因素给电池的稳定运行带来了严重挑战。

近日，东北大学李犁教授团队以典型的硫酸水溶液电解质为基础，设计了一种具有层间插层效果的电解液（LIE），构建了在常温和低温下都表现出良好稳定性的水系质子电池。

作者通过引入磷酸三甲酯（TMP）在传统酸性电解液中构建了独特的氢键网络。TMP中的含氧基团（P-O，P=O）和电解液中的水产生较强的相互作用，对电解液中的自由水进行了固定，减弱了对三氧化钼负极的腐蚀；同时TMP分子进入水合氢离子的溶剂化壳层，和水合氢离子产生较强的相互作用，抑制了析氢反应。具有这些独特结构的LIE赋予了质子电池宽电化学窗口和良好的循环稳定性。

另外，作者通过对放电的三氧化钼电极进行分析，发现LIE体系中三氧化钼的层间距相较于传统的硫酸电解液体系出现了明显增大，并且在充电之后两者的层间距恢复到相同水平。这一特殊现象表明在充放电过程中TMP分子在三氧化钼层间发生了嵌入/脱出。同时XPS测试结果表明TMP体系放电态的三氧化钼含有更多的低价态组分（Mo⁴⁺），这意味着更多的质子储存到电极当中。总体而言，LIE中复杂的氢键网络能够显著提升电解液和电极的稳定性，同时其独特的层间插入机制拓宽了质子传输通道，增加了电荷储存密度。最终，以LIE为电解质、三氧化钼为负极的质子电池表现出优秀的电化学性能。

在该工作中，李犁教授团队以质子电池为基础设计了可实现电极层间插入的电解液体系，保障了电池的稳定运行。同时作者对电解液进行了拓展设计，发现三氧化钼-TMP体系在其他水系电池中也表现出良好的性能提升效果。该工作为解决水系电池稳定性的瓶颈问题提供了一种新的解决方案。