可充电水性金属离子电池(AMB)因其具有成本效益、高度安全和可扩展的固定储能潜力而吸引了广泛的科学和商业兴趣。然而，它们的输出电压有限、能量密度不足以及水电解质中模糊电极反应的可逆性差，严重限制了它们的实际可行性。
本次综述由清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授和周东教授领导，旨在阐明现有主动式磁力轴承从材料设计到整个器件应用所面临的挑战。他们总结了各种主流AMB(包括水性碱金属离子电池和多价离子电池)的新兴电化学、基本特性和界面行为的关键问题，并对解决性能缺陷的最新进展进行了评估。
具体而言，重点介绍了锌离子电池的进展，为其在电网规模储能领域的商业化提供了普遍的指导。
尽管已经有数千篇文章报道了这一热点领域，但仍需要付出巨大努力来克服障碍并推动AMB的商业应用：
(1)电极材料。合理设计和/或修饰高能、电化学稳定且具有成本效益的电极材料对于实际应用至关重要。对于阴极材料，模糊的载流子存储机制仍有待通过空间分辨和/或非破坏性原位表征技术来阐明。在阳极侧，通过表面改性和阳极结构/成分设计有效抑制界面副反应(例如腐蚀、析氢反应和/或枝晶形成)对于实现高CE、满意的活性材料利用率和长寿命具有关键意义。
(2)水电解质。水系电解质的电化学窗口窄是AMB能量密度低的主要原因。宽温范围电解质的设计原则应基于其不可燃性、高离子电导率和成本效益的固有优势。
(3)商业化之路。超薄隔膜、耐腐蚀集流体、低膨胀导电添加剂和稳定的粘合剂对于实际AMB的长期运行非常重要。然而，这些关键的电池组件长期以来在实验室研究中被忽视。
尽管AMB的总体成本估计低于许多当前的可充电电池化学成分，但未来的成本分析必须考虑阳极(例如锌箔)厚度和阴极面积容量，以实现可用于缩放的实际优化方案提高产量。此外，还必须考虑电池所用材料的生态毒性，特别是在处理或回收废电池时。