【中国观察北京时间2025年09月26日讯】水系电池凭借高安全性和广泛应用，成为储能领域热门选择，但寿命短、能量密度低的缺点一直制约其发展。沙特阿拉伯科学家发现，只需添加廉价常见的工业盐，就能使电池寿命最多增长10倍。
先前研究显示，阳极是决定水系电池寿命的关键，因为它是化学反应主要发生场所。然而，这些电池在充放电过程中，除了发生预期的电化学反应之外，还会产生副反应。这些副反应不仅会消耗或降低电池性能，还会在电解液中产生金属电沉积物，加速电池老化。
为了解决这些问题，科学家曾发明新型负极材料、添加特定化合物或开发新型水基电池，但这些方法都会大幅提升成本，让传统的水、系电池难以维持优势。这次，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）研究团队经研究发现，水分子状态是影响电池寿命和性能的主要关键，若要缓解这个问题只需要添加一些经济实惠的工业盐，就能让电池寿命大幅增加。这项研究成果发表到《科学》杂志上。
水系电池是指以水为电解液的可充电电池，电解质主要由水和盐类（如硫酸、氯化物）组成，比传统锂电池更加稳定。其优点包括安全性（不易因受损、高温产生爆炸起火）、低成本且对环境友善，以及离子导电率高（充放电速度快），适合于电网储能或电动车辅助电池。
不过，缺点在于能量密度较低（受水电压窗口1.23V限制），且电池寿命可能因电极腐蚀而缩短，难以用于小型电子产品上。实验中，他们选用硫酸锌、氯化锌和三氟甲磺酸锌，作为锌金属水系电池的电解液。过程中，他们透过原位核磁共振表征，观察到副反应会迅速消耗氯化锌和三氟甲磺酸锌，导致电池失效。不过，硫酸锌却能有效抑制副反应的发生。
随后，他们使用原子力显微镜（AFM）观察电极-电解质的界面反应。结果显示，副反应与“自由水分子”密切相关。“自由水分子”是指水分子之间没有紧密结合的状态，该种状态下的自由水分子，为了与更多分子结合会选择消耗能量和侵蚀阳极，从而引发不必要的反应。
该结果让研究人员想到，利用阴离子去调节电池中的电解液（电解质），就能影响电极-电解质界面处的电子转移途径，最终达到控制金属沉积与副反应。经过大量实验，他们发现只需要添加硫酸盐类（硫酸锌），即可减少电池中的自由水分子量，原因是硫酸盐就像“水胶”般稳定水分子的动态，减少副反应和阻止耗能阳极。
另外，他们发现这种解决方案不仅简单且经济高效，还适用于包括含铜（Cu）和钴（Co）等其它金属阳极的水系电池。这表明在水系电池设计中，只要加入适当的硫酸盐类就可以逆转金属阳极，达到延长该种电池的寿命。研究人员表示，水系电池作为一种可持续的大规模储能解决方案，正受到全球广泛关注，预计到2030年其市场规模将超过100亿美元。与电动车中常用的锂电池不同，水系电池为将太阳能等再生能源并入电网中，提供了一个更安全、更永续的选择。
领导这项研究的首席研究员、KAUST教授兼KAUST可再生能源和储存技术卓越中心（CREST）主席胡萨姆‧阿尔沙里夫（Husam Alshareef）对该校的新闻室说道，“我们的研究结果突显了水结构在电池化学中的关联性，这是过去容易被忽视的参数。”
“硫酸盐价格低廉、供应广泛且化学性质稳定，这让我们的水系电池解决方案，在科学和经济上都是可行的。”负责大部分实验的KAUST研究科学家朱云培（Yunpei Zhu）表示。