阿卜杜拉国王科技大学团队揭示水系电池寿命短的主因是阳极处"自由水分子"引发的有害化学反应。他们通过添加硫酸锌等廉价硫酸盐大幅缓解该问题——电池寿命提升逾十倍。硫酸盐发挥"水分子粘合剂"作用，通过稳定水分子结构阻断了能量损耗反应。该方案不仅简便经济，初期实验结果更表明其可能成为各类金属阳极水系电池的通用解决方案。
无论水系或其他类型电池，其寿命的关键决定因素之一是阳极。阳极的化学反应产生并存储电池能量，但寄生化学反应会降解阳极，从而损害电池寿命。
新研究揭示了自由水如何参与这些寄生反应，以及硫酸锌如何减少电池中自由水的含量。
"我们的发现突显了水分子结构特性在电池化学中的重要性，这是一个先前被忽视的关键参数，"阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）可再生能源与存储技术卓越中心（CREST）主任、本研究首席研究员胡萨姆·阿尔沙里夫教授表示。
自由水是指未与其他分子形成强键合的水分子。这种状态使自由水能比其他水分子接触更多物质，从而引发消耗能量并损害阳极的不良反应。
研究发现硫酸根能稳定自由水的键合，被KAUST团队称为"水分子粘合剂"，通过改变水分子动力学减少寄生反应数量。
虽然KAUST研究人员的大部分实验采用含硫酸锌的电池进行，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加入硫酸盐可能是延长所有水系电池寿命的通用解决方案。
"硫酸盐成本低廉、来源广泛且化学性质稳定，这使得我们的解决方案兼具科学可行性和经济实用性，"主导大部分实验的KAUST研究科学家朱云沛表示。
水系电池作为大规模储能的可持续解决方案正受到全球高度重视，预计到2030年市场规模将突破100亿美元。与常用于电动车的锂电池不同，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的奥马尔·穆罕默德、奥马尔·巴克尔、张西祥和马尼·萨拉西教授亦参与了此项研究。