在伦敦大学学院（UCL）主导的实验室测试中，水系锌碘电池经过数千次充放电循环后仍保持近全部储能容量。

研究人员开发了一种电解质，使碘的高反应性形态在水中保持稳定，从而让电池从相同材料中获得更高容量。

该研究针对限制水系电池用于大型储能项目的问题。

这类电池有望替代存在火灾风险的锂离子系统，但其能量密度相对较低，增加了大规模储电的难度。

提高碘的容量利用率

该团队的设计使碘在充放电过程中转移4个电子，而传统碘电池化学体系为2个。由此，电池可利用碘更多的储能容量。

难点在于抑制过程中生成的高反应性碘形态与水发生反应。

早期实验采用含卤素的高浓度电解质解决该问题。这类混合物有助于稳定碘，但具有腐蚀性且成本高，难以规模化制造。

UCL主导的团队改变了碘周围液体的化学环境。新电解质中的部分分子将水隔离在外，另一些分子与反应性碘形态结合，帮助抑制副反应。

化学体系通过数千次循环测试

研究人员在软包电池和纽扣电池中验证了该电解质。软包电池是手机和笔记本电脑常用的扁平封装形式。纽扣电池是小型圆片状电池，通常用于低功耗设备。该化学体系在两种形态中均有效。

在单独的耐久性测试中，锌碘电池经过数千次循环后仍保持近全部初始储能容量。这对电网储能很重要：电池需反复吸收风电和光伏电站的富余电量，并在发电量下降时释放。

研究人员表示，该电解质设计也可适配铝碘电池，为固定式储能提供另一种可探索的化学体系。

推动电池走出实验室

大型电池储能电站目前依赖锂离子技术。水系设计可为电网运营商提供另一种选择，但团队仍需在更大系统中测试该电解质，并观察电池在更接近电池储能电站运行条件下的表现。

这些测试将帮助判断实验室观察到的容量与耐久性能在多大程度上延续到更大规模装置。

“我们的新化学体系能推动水系电池向商业化和广泛部署迈进一步。下一步包括在更大规模上测试该技术，并提升其在实际运行条件下的性能，”伦敦大学学院化学系教授、该研究通讯作者Guanjie He表示。

第一作者Ruwei Chen表示，这项工作也揭示了设计可充电碘电池面临的更广泛挑战。

他说：“我们还需要理解它们与水系电解质如何相互作用，以及这些相互作用在电池充放电过程中如何变化。”

该研究发表于《Nature》期刊。