阿卜杜拉国王科技大学团队揭示，水系电池寿命短的主要原因是负极处"游离水"分子触发有害化学反应。通过添加硫酸锌等廉价硫酸盐，该团队大幅缓解该问题——电池寿命提升十倍以上。硫酸盐发挥"水分黏合剂"作用，能稳定水体结构并阻断能量损耗反应。该方案不仅简便且成本效益高，初期实验表明它可能适用于各类金属负极水系电池。
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。然而，寄生化学反应会降解阳极，从而损害电池寿命。
这项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的自由水含量。
"我们的发现强调了水结构在电池化学中的重要性，这是一个先前被忽视的关键参数，"领导此项研究的首席研究员、阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）教授兼KAUST卓越可再生能源与存储技术中心（CREST）主任Husam Alshareef表示。
自由水指的是未与其他分子强烈结合的水分子。这种状态使得自由水能够比正常情况下参与更多的分子相互作用，从而触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团队描述为一种"水胶"，它改变了水分子的动力学，从而减少了寄生反应的数量。
虽然KAUST研究人员的大部分实验是在使用硫酸锌的电池上进行的，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。
"硫酸盐价格低廉、来源广泛且化学性质稳定，这使得我们的解决方案在科学和经济上均具备可行性，"负责主要实验的KAUST研究科学家Yunpei Zhu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广泛关注，预计到2030年市场规模将超过100亿美元。与常用于电动汽车的锂电池不同，水系电池为将太阳能等可再生能源并入电网提供了一种更安全、更可持续的选择。
KAUST教授奥马尔·穆罕默德（Omar Mohammed）、奥马尔·巴克尔（Omar Bakr）、张西祥（Xixiang Zhang）和马尼·萨拉西（Mani Sarathy）也对本研究做出了贡献。