阿卜杜拉国王科技大学研究团队揭示，水系电池寿命短的主要原因是"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——电池寿命提升逾十倍。硫酸盐发挥了"水分子粘合剂"作用，可稳定水体结构并阻断能量损耗反应。此方案不仅简便经济，初期实验表明其可能成为各类金属阳极水系电池的通用解决方案。
电池（无论是水系电池还是其他类型）寿命的关键决定因素之一是阳极。阳极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的自由水含量。
"我们的研究结果凸显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，" 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、本研究首席科学家Husam Alshareef教授表示。
自由水指未与其他分子强结合的水分子。这种状态使自由水能比其他状态参与更多分子反应，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研究人员的大部分实验在硫酸锌电池上进行，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。
"硫酸盐价格低廉、来源广泛且化学性质稳定，这使我们的解决方案在科学和经济层面都具有可行性，" 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获得全球高度重视，预计到2030年市场规模将突破100亿美元。与常用于电动汽车的锂电池不同，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Omar Mohammed、Omar Bakr、X Mohammed、Omar Bakr、Xixiang Zhang和Mani Sarathy教授也对本研究作出了贡献。