中国研究人员研制出持久耐用、环保的水系电池

核心的中性电解质

该设计的核心在于采用由镁盐和钙盐构成的pH值中性电解液。这与传统的水系电池化学截然不同，后者通常依赖于强酸性或强碱性溶液。这些溶液会腐蚀电极，并随着时间的推移而失效。而中性电解液则避免了这两个问题。该电解液的pH值为7，接近于纯净水的pH值。

将合适的电解液与合适的电极材料相匹配是核心挑战。研究团队开发了一种共价有机聚合物电极，该电极经过特殊设计，能够容纳镁离子和钙离子。这种聚合物具有刚性的蜂窝状分子结构。这种结构能够稳定活性化合物，防止其在水基化学体系中发生降解。测试表明，该电池的比容量为每克112.8毫安时。

长寿说法及其含义

研究人员认为，按照每日循环频率计算，这种电池的使用寿命可以长达数百年。《生命科学》杂志报道称，其使用寿命甚至可以持续到24世纪。但这个数字需要结合实际情况来看。实验室循环次数并不总是能直接反映实际情况。现场安装中的温度变化、负载波动和物理应力等因素都会引入实验室测试无法完全模拟的变量。

120,000万次循环这个数字本身就是一个显著的成果。大多数商用锂离子电池在2,000到4,000次循环后性能就会明显下降。即使是专注于电网应用的磷酸铁锂电池，通常在3,000到6,000次循环后才会出现明显的容量损失。这些数字与120,000万次循环之间存在着巨大的差距。目前尚未有独立机构对该结果进行验证并发表。

关于处置方式的说法也值得关注。作者称电解液的化学性质足够安全，可以直接丢弃到环境中。这是一个非常肯定的说法。英国、美国和欧盟的监管框架对电池处置设定了严格的标准。这种化学性质在实践中是否符合这些标准，还需要进行独立的环境测试。

水系电池的难点

水系电池一直备受电网储能开发商的关注。它们不会起火，制造成本可能比锂离子电池更低，而且水基电解液来源广泛、易于操作。

然而，这些权衡取舍确实存在。水系储能系统的能量密度低于锂离子储能系统。电极腐蚀缩短了许多设计的使用寿命。《储能材料》期刊发表的综述文献详细记录了这些局限性。即使电网储能需求不断增长，这些局限性也限制了水系储能系统的商业化应用。

新设计旨在减少这些权衡取舍。中性电解液直接解决腐蚀问题，而聚合物电极则解决性能退化问题。然而，该组合能否在大规模应用、不同温度范围以及实际电网环境中保持稳定，目前尚未有论文解答。

电网储能需求及更广泛的背景

电网级电池储能已成为清洁能源规划的重中之重。国际能源署多次指出，储能容量是可再生能源并网的关键制约因素。风能和太阳能发电具有间歇性，而储能可以平滑这种间歇性。锂离子电池目前占据主导地位，但供应链问题、原材料成本以及火灾风险等因素，使得人们对其他储能方式的兴趣持续高涨。

水系储能系统、液流电池和压缩空气储能系统都吸引了投资和研究的关注。每种系统都具有不同的成本和性能特点。一种循环寿命极长且环境风险低的电池将解决该领域两个最棘手的商业难题。

中国团队的研究尚处于早期阶段。发表在《自然通讯》上表明其方法论已通过专家审查，但这并不代表其已具备商业应用潜力。

接下来是什么

规模化是下一个考验。实验室规模的电池和电网级装置在工程复杂性上存在巨大差异。共价有机聚合物电极需要批量生产。本文尚未给出规模化生产后的每千瓦时成本。

研究人员尚未公布商业合作伙伴或试点项目。已发表的资料中也没有部署时间表。研究结果值得关注，但目前还不能将其视为问题已解决。