杜拉国王科技大学团队揭示，水系电池寿命短的主因是"自由水"分子在阳极引发有害化学反应。通过添加硫酸锌等低成本硫酸盐，该问题被显著抑制——电池寿命提升十倍以上。硫酸盐发挥"水胶"作用，可稳定水分子结构并阻断能量浪费反应。该方案不仅简单经济，初期实验表明它可能成为各类金属阳极水系电池的通用解决方案。
无论是水系电池还是其他类型电池，阳极都是决定其寿命的关键因素之一。阳极发生的化学反应产生并储存电池能量，但寄生化学反应会降解阳极，从而缩短电池寿命。
新研究揭示了游离水如何参与这些寄生反应，以及硫酸锌如何减少电池中的游离水含量。
领导该研究的首席研究员、阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）教授兼可再生能源与存储技术卓越中心（CREST）主任侯萨姆·阿尔沙里夫表示："我们的发现凸显了水结构在电池化学中的重要性，这是一个此前被忽视的关键参数。"
游离水指未与其他分子强结合的水分子。这种状态使游离水能接触更多分子，从而引发消耗能量并损害阳极的副反应。
研究发现硫酸根能稳定游离水的化学键，被KAUST团队称为"水胶"，这种作用改变了水分子动力学，从而减少了寄生反应数量。
虽然KAUST研究人员主要在硫酸锌电池中进行实验，但早期研究表明硫酸根对其他金属阳极具有相同效果。这表明在电池设计中添加硫酸盐或可成为延长所有水系电池寿命的通用解决方案。
主导实验的KAUST研究科学家朱云沛指出："硫酸盐价格低廉、来源广泛且化学性质稳定，这使我们的解决方案兼具科学可行性和经济可行性。"
水系电池作为大规模储能的可持续解决方案正获得全球瞩目，预计到2030年市场规模将突破100亿美元。与电动车常用的锂电池不同，水系电池为太阳能等可再生能源接入电网提供了更安全、更可持续的选择。
KAUST教授奥马尔·穆罕默德、奥马尔·巴克、张西祥和马尼·萨拉西亦对本研究作出贡献。