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在電池系統(tǒng)中，與有機液體、聚合物、無機固態(tài)和離子液體電解質(zhì)相比，水系電解質(zhì)在離子電導率、界面潤濕性、安全性和環(huán)境友好性方面具有優(yōu)勢。然而，其狹窄的電化學穩(wěn)定窗口、電極溶解/副反應(yīng)和溫度變化不穩(wěn)定性導致了水系可充電電池（ARBs）的能量密度低、循環(huán)壽命短和工作溫度窗口有限等問題。

為緩解上述挑戰(zhàn)，英國華威大學陶善文教授等人通過分析具有代表性的開創(chuàng)性工作，綜述了單價/多價離子電池、金屬-空氣電池、金屬-硫?qū)僭仉姵?、混合電池及氧化還原液流電池等各類電池中水系電解液的發(fā)展史。同時，作者對電解液添加劑、pH管理、高濃電解液、凝膠化、溶劑雜化、界面調(diào)節(jié)和突破鹽溶解度限制等用于緩解水系電解液挑戰(zhàn)的策略進行了詳細總結(jié)。

目前，實現(xiàn)高能、高穩(wěn)定性ARBs的最有效策略是高濃電解液，而鹽成本可能是大規(guī)模應(yīng)用的挑戰(zhàn)。未來若發(fā)現(xiàn)更好的非水溶劑，則混合溶劑策略將更具競爭力，這不僅可以降低成本，而且可以產(chǎn)生更穩(wěn)定的電極/電解液界面。人工 SEI/CEI可能是另一種有前途的方法，但這在技術(shù)上比混合溶劑更困難，因此可能需要更長的時間來開發(fā)。

圖1. 各種ARB代表性創(chuàng)新作品中水系電解液的發(fā)展史

盡管取得了重大進展，但ARBs的進一步商業(yè)化仍存在一些潛在挑戰(zhàn)：

1）需要改進對水系電解液的模擬和表征。溶劑化鞘的MD模擬參數(shù)和電極-電解液界面的DFT計算應(yīng)認真預(yù)設(shè)，而不是刻意預(yù)設(shè)；對于離子溶劑化結(jié)構(gòu)的實驗表征，拉曼光譜、FTIR和NMR主要用作間接方法，而使用直接方法的報道很少。

2）應(yīng)重新思考高鹽濃度的必要性。與追求更高濃度的電解液相比，合適的濃度和合理的界面設(shè)計更為關(guān)鍵。由于高粘度和緩慢的界面過程，高濃度鹽系統(tǒng)中的電極動力學和傳質(zhì)通常是不理想的。

3）注意產(chǎn)業(yè)與學術(shù)界的差距。基于有限數(shù)量的指標報告性能并不能真實反映實際使用所需的電池性能，了解紐扣電池設(shè)計、制造和測試協(xié)議對實際結(jié)果的影響至關(guān)重要。

圖2. 緩解水系電解液挑戰(zhàn)的各種策略機制和實施路徑總結(jié)

Historical development and novel concepts upon electrolytes for aqueous rechargeable batteries, Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE00004K

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陶善文教授EES: 水系可充電電池電解液的發(fā)展史和新概念

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