水系電池以高安全性和廣泛應用，成為儲能領域熱門選擇，但壽命短、能量密度低的缺點一直限制其發展。沙特阿拉伯科學家發現，只需添加廉價常見的工業鹽，就能使其大幅提升電池壽命，最多增長10倍。
先前研究顯示，陽極（負極）是決定水系電池（Aqueous Battery）和其它電池壽命的關鍵，因為它是化學反應主要發生場所。然而，這些電池在充放電過程中，除了發生預期的電化學反應之外，還會產生副反應（寄生化學反應）。
這些副反應不僅會消耗（腐蝕）或降低電池性能，還會在電解液中產生金屬電沉積物，加速電池老化。為了解決這些問題，科學家曾發明了新型負極材料、添加特定化合物或開發新型水基電池，但這些方法都會大幅提升成本，讓傳統的水系電池難以維持優勢。
這次，沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）研究團隊經研究發現，水分子狀態是影響電池壽命和性能的主要關鍵，若要緩解這個問題只需要添加一些經濟實惠的工業鹽，就能讓電池壽命大幅增加。這項研究成果發表到《科學》雜誌上。
水系電池是指以水為電解液的可充電電池，電解質主要由水和鹽類（如硫酸、氯化物）組成，比傳統鋰電池更加穩定。其優點包括安全性（不易因受損、高溫產生爆炸起火）、低成本且對環境友善，以及離子導電率高（充放電速度快），適合於電網儲能或電動車輔助電池。
不過，缺點在於能量密度較低（受水電壓窗口1.23V限制），且電池壽命可能因電極腐蝕而縮短，難以用於小型電子產品上。
實驗中，他們選用硫酸鋅、氯化鋅和三氟甲磺酸鋅，作為鋅金屬水系電池的電解液。過程中，他們透過原位磁力共振表徵，觀察到副反應會迅速消耗氯化鋅和三氟甲磺酸鋅，導致電池失效。不過，硫酸鋅卻能有效抑制副反應的發生。
隨後，他們使用原子力顯微鏡（AFM）觀察電極-電解質的界面反應。結果顯示，副反應與「自由水分子」密切相關。「自由水分子」是指水分子之間沒有緊密結合的狀態，該種狀態下的自由水分子，為了與更多分子結合會選擇消耗能量和侵蝕陽極，從而引發不必要的反應。
該結果讓研究人員想到，利用陰離子去調節電池中的電解液（電解質），就能影響電極-電解質界面處的電子轉移途徑，最終達到控制金屬沉積與副反應。
經過大量實驗，他們發現只需要添加硫酸鹽類（硫酸鋅），即可減少電池中的自由水分子量，原因是硫酸鹽就像「水膠」般穩定水份子的動態，減少副反應和阻止耗能陽極。
另外，他們發現這種解決方案不僅簡單且經濟高效，還適用於包括含銅（Cu）和鈷（Co）等其它金屬陽極的水系電池。這表明在水系電池設計中，只要加入適當的硫酸鹽類就可以逆轉金屬陽極，達到延長該種電池的壽命。
研究人員表示，水系電池作為一種可持續的大規模儲能解決方案，正受到全球廣泛關注，預計到2030年其市場規模將超過100億美元。與電動車中常用的鋰電池不同，水系電池為將太陽能等再生能源併入電網中，提供了一個更安全、更永續的選擇。
領導這項研究的首席研究員、KAUST教授兼KAUST可再生能源和儲存技術卓越中心（CREST）主席胡薩姆‧阿爾沙里夫（Husam Alshareef）對該校的新聞室說，「我們的研究結果凸顯了水結構在電池化學中的關聯性，這是過去容易被忽視的參數。」
「硫酸鹽價格低廉、供應廣泛且化學性質穩定，這讓我們的水系電池解決方案，在科學和經濟上都是可行的。」負責大部份實驗的KAUST研究科學家朱雲培（Yunpei Zhu）表示。#
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