电池的命脉在于电解质，带正电荷的元素（即阳离子）通过这种介质在正负极之间集体迁移。通过这种方式，电池放电以提供能量，并充电以储存能量。研究人员称之为电化学过程。

（图片来源：阿贡实验室）

开发不同电化学工艺的核心也在于电解质。例如，它们可用于将铁矿石转化为纯化的铁金属或铁合金。挑战在于电解质必须在不同操作条件下保持稳定，以及避免发生降低能效的副反应。在钢铁生产过程中，这样的工艺无需使用高耗能熔炉，从而减少温室气体排放。

这是新成立的电合成钢铁电气化中心（C-STEEL）的目标，该中心是一家得到美国能源部（DOE）的资助，并由美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）领导的能源地球研究中心（Energy Earthshot Research Center）。

据外媒报道，在最近的一篇论文中，阿贡研究人员报告了设计新一代电解质的创新方法，几乎适用于所有电化学工艺。材料研究人员Justin Connell表示：“通过这种方法，研究人员不仅可以为电动汽车电池开发电解质，还可以开发用于脱碳制造钢铁、水泥和各种化学品的电解质。”

电动汽车电池的电解质通常由溶解在液体溶剂中的盐构成。举例来说，氯化钠是一种普通盐，而水是一种普通溶剂。盐为电解质提供阳离子，以及带负电荷的元素（阴离子），在普通的盐中为氯。电池中盐和溶剂的成分要复杂得多，但实现功能的关键在于电解质是电中性的，因为阴离子和阳离子的数量是平衡的。

过去的研究主要集中在使用不同浓度的单一盐将溶剂改变成不同的成分。Connell表示：“在我们看来，改善电解质的最佳途径主要是通过盐的不同阴离子。改变阴离子化学，有助于实现更节能的电化学过程和更持久的电解质。”

在当前大多数电解质中，当工作阳离子在电极之间移动时，溶剂会包围着它。例如，在用于电动汽车的传统锂离子电池中，阳离子是锂，而阴离子是氟磷酸（PF 6）。

为了设计适合不同应用的新电解质，阿贡团队尝试将工作阳离子与电解质中的一或多个阴离子配对，当阴离子部分或完全取代溶剂以包围阳离子时，研究人员称之为接触离子对。然而，由于存在大量可能的接触离子对，怎么在特定应用中确定与工作阳离子最匹配的阴离子呢？为了做到这一点，该团队正在进行实验，并利用机器学习和人工智能进行计算。

这项研究的目标是开发一套设计原则，为适合C-STEEL部分炼钢需求的电解质提供最佳接触离子对。Connell表示：“考虑到这些原则，我们希望找到一种负担得起、持久的电解质，以实现最有效的炼铁制钢工艺。”同样的原则也适合用于其他脱碳电化学工艺和锂离子电池等的电解质。