与非水体系相比，水性可充电电池(ARBs)由于其固有的安全性而引起了人们极大的关注，尽管由于工作电压范围较低，其能量密度性能有限，但水基电解液固有的不可燃性仍表现出很大的优势。此外，所使用的水溶剂和盐，通常是硝酸盐和硫酸盐，可能会大大降低电解质的成本。同时，水溶液的高离子电导率比有机溶剂型电解质高出两个数量级，从而实现了高功率能力。所有这些特性使得ARBs在大规模储能方面非常有前途，特别是在可充电金属离子和液流电池配置中。因此，水性可充电金属离子电池(ARMBs)具有安全、可持续、经济影响小等优点，在大规模储能领域具有潜在的应用前景。尽管在电极材料及其在温和电解质中的性能方面已经取得了进展，然而水电解质的ESW仍然太窄。提高这种电解质的ESW的一个有效策略包括调节溶液的碱度，以便将析氢反应(即水还原)转移到较低的电位。然而，这也会降低电解质的阳极稳定性。

有鉴于此，西北工业大学张皝副教授，乌尔姆亥姆霍兹研究所Ivana Hasa，Stefano Passerini(s)综述了高浓度水电解液在二次电池中的应用，重点介绍了独特的电化学性能，并总结了其在二次电池中的最新研究进展。讨论了杂化策略对电解液的合理设计和电池化学创新的关键作用。最后，综述了高浓度水电解液在液流电池中的应用，表明该技术可以大幅度提高能量密度。

文章要点

1）高浓度水电解质具有独特的电化学特性，将在高能ARBs的发展中发挥关键作用，最终实现长循环寿命。其具有更宽的电化学稳定窗口，从而提高了电池电压。此外，形成稳定的SEI层可防止电极材料暴露在电解质中，因此也抑制了使用基于钠超离子导体（NASICON）的电极时通常发生的寄生反应和溶解过程。

2）由于高浓度水电解质独特的电化学性质，已经在锂电池及其以外的电池取得一定进展，作者对使用水溶液电解质(ALBs)的各种水系锂电池进行了全面的总结。并对ALBs的最新进展进行了讨论，特别是由于使用浓水电解质而产生的独特的化学性质。

3）尽管水系锂电池通过采用高浓度的水电解液已经有了显著提高了性能，但是其商业化发展仍然受到与非水锂基化学物质相关的相同问题的影响，即成本和丰度问题。因此，研究人员一直致力于研究和开发“超越锂”的储能技术。作者综述了使用Na、Zn、K、Mg、Ca、Al等离子和浓水电解质的“超越锂”水电池的最新进展。

4）尽管浓电解液水性电池的性能已经取得了很大的进展，但仍然面临着一些主要的挑战。（1）降低已有的浓水电解质(如磺酸盐电解质)的成本，以大大降低电池水平的总体成本。因此需要从低成本、丰富的原料和高性能中获得合适的电极材料，以应用于大规模的储能应用；（2）改进电极材料设计中最大的挑战之一是它们在水溶液中的化学稳定性(包括溶解性)。电解质的杂化是解决这一挑战的有效途径；（3）由于大多数表面表征研究都不能排除样品处理、空气暴露或光束损坏，SEI的性质可能会改变其在电池内形成的原始成分或形态。因此，发展原位或操作数分析对于获得更准确的界面化学信息具有重要意义。

Huang Zhang, et al, Challenges and Strategies for High-Energy Aqueous Electrolyte Rechargeable Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202004433

https://doi.org/10.1002/anie.202004433