东方时讯网锂离子电池如今为我们随身携带的智能手机和驾驶的电动汽车等各种设备提供动力，预计在未来几年将占据可充电电池市场的80%。
锂离子电池的流行是有充分理由的——与当前市场上的其他电池相比，锂离子电池具有更好的电池容量、效率和寿命。然而，它们仍然相当昂贵，并且在极端条件下会着火或爆炸。
休斯顿大学的两位顶级电池专家认为，金标准锂离子电池即将面临一些竞争。他们押注于普通的水性电池——使用水基电解质——通常被认为是安全、可靠和负担得起的。
休斯敦大学德州超导中心首席研究员YanYao、HughRoy和LillieCranzCullen电气与计算机工程特聘教授和首席研究员说：“我们的想法是开发先进的水系电池，它可以结合更好的安全性和更高的电压。”.近十年来，姚一直领导储能材料和设备的研究。他的团队肩负着创造更好、更安全、更便宜的电池的使命。
Yao和电气与计算机工程研究助理教授Yanliang"Leonard"Liang最近应NatureReviewsMaterials的邀请，回顾了可充电水系电池的发展。“设计现代水系电池”突出了过去十年的关键突破，并为新的研究提供了指导和方向。
“我们的审查范围很广，因为我们想描绘出水系电池的全景图，”梁说。“如果我们不了解全局，就无法知道下一个机会在哪里。”
水性电池现在在哪里，它们需要在哪里?
几乎在生活的方方面面都在大力推动电气化，对消费电子产品和电动汽车的需求不断增长，以及对可再生能源进行充足存储的需求正在推动对电池的需求越来越高。
当今存在的商业水系电池缺乏能量密度和持久功率，需要认真考虑用于运输和电网存储等大规模应用。
然而，梁和姚强调，涉及材料和化学的创新，加上其他研究进展，为现代、更先进的水系电池创造了新的机会。
可充电水系电池具有诸多优势——原料丰富、成本低;对制造环境的最低要求;不易燃;简单的制造和高功率，这决定了完全充电和从0英里/小时加速到60英里/小时需要多长时间。
它们也有缺点——窄的热力学电化学稳定窗口、可能导致爆炸的错误操作，当然还有低能量密度。
这组作者说，有一些用创新材料制成的现代版本处于商业化的早期阶段，这是过渡到下一个大型电池研究突破的关键发展。
目标是创造一种先进的水系电池，可以提供两全其美的优势。“这种新型水基电池将提供更好的安全性和更高的电压，”姚说。
设计突破性的水系电池
设计将彻底改变电池市场的全新改良版水系电池绝非易事。它需要了解最基本的复杂性和新技术来创建理想版本——从混合和匹配离子选择性膜和涂层到贫水电解质，再到新型电极反应和模块化电池设计。
据研究人员称，目标是扩大电化学稳定性窗口，使电池化学能够在更宽的电压范围内工作并产生更多能量，从而带来新的机遇。
“我们如何整合不同的组件将对该领域产生深远的影响，”梁说。“我们必须混合搭配并尝试新的组合。有时这会导致在一个方面有所改进，但在另一个方面却有所妥协。我们必须现实一点，并不断努力让它变得越来越好。”
这一切都是为了提出智能组合，以实现高能量和高安全性的双重目标。
Liang的研究兴趣涵盖从固态和水系电池到多价金属电池以及锂和钠电池的方方面面，他希望借助现代工具和新发现能够实现这一理想。“总有一天，你将拥有一种与锂离子电池具有相同电压的水系电池，但它会更安全，因为它是水基的，”他说。
然而，研究人员将不得不继续寻求改进，将希望变成先进的商业上可行的水系电池的现实。有很好的动力来激励研究人员——未来的水系电池不仅会提供更多的能量和安全性，而且由于所使用的材料，它们还将使电池在环境中的处理更容易。
Yao和Liang最近成立了一家名为LiBeyond的初创公司，以扩大和进一步开发最初在UH开发的创新电池技术。他们设想在电动汽车和其他交通运输领域的可能应用，以帮助为整个车队和电网规模的存储提供动力。
“当电网可靠性至关重要时，例如在飓风、冬季风暴和其他紧急情况下，这一点尤为重要，”姚说。他补充说，可穿戴技术也将从这一发展中受益。
“水系电池的一个关键特征是安全性，这在可穿戴技术中至关重要，因为你可以将它们直接‘穿’在身上，”他说。“这些现代水系电池[一旦开发]将提供无穷无尽的可能性。”