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一、摘要 

到2050年，全球能源消耗預計將增長近50%，這對當前的電池技術提出了巨大的挑戰(zhàn)。盡管鋰離子系統(tǒng)仍占據(jù)主導地位，但新興電池化學體系（如氧化還原液流電池、鋁空氣電池、水系電池）正試圖解決成本、安全性與環(huán)境影響問題。然而，水分引起的不穩(wěn)定性依然是關鍵難題。研究發(fā)現(xiàn)，與總含水量相比，水分活度能更準確預測電解液性能變化。通過控制水分活度，制造商可以提高電池壽命并防止因水分引起的故障。

二、背景介紹 

隨著美國能源信息署預測到2050年全球能源需求可能幾乎翻倍，對大規(guī)模、高可靠性的儲能系統(tǒng)的需求變得愈加迫切。盡管鋰離子電池仍是核心技術，但它們面臨材料和可擴展性方面的挑戰(zhàn)，這促使人們對諸如水基（即水溶性）系統(tǒng)等替代方案產(chǎn)生濃厚興趣。

?氧化還原液流電池使用可氧化還原的電解液，在流經(jīng)電化學電池時產(chǎn)生電流；

?鋁-空氣電池則利用高密度的鋁陽極與氧氣作為陰極來生成電能，從而實現(xiàn)功率與能量的解耦。

然而，這些替代技術都面臨一個共同難題：難以控制水分含量。如果水分管理不當，在潮濕環(huán)境下其性能可能會迅速下降。

2.1 深共熔溶劑與水敏感性

深共熔溶劑（DES）因其低毒性、合成簡單、結(jié)構(gòu)可調(diào)而受到廣泛關注。由氫鍵供體與受體（如乙二醇與膽堿氯化物）構(gòu)成的DES，易吸收空氣中水分，導致氫鍵網(wǎng)絡變化，從而影響電化學穩(wěn)定性。傳統(tǒng)干燥方法雖能減少水分，但無法區(qū)分結(jié)合態(tài)水與高能態(tài)自由水，后者更易參與電化學反應并造成腐蝕。

2.2 水分活度作為指導參數(shù)

水分活度（即水的熱力學活性）已被證明比總含水量更可靠地與體系的粘度、電導率或氧化還原電位變化相關聯(lián)。

被穩(wěn)定絡合物化學結(jié)合的水通常較為惰性，而即使是微小變化的高能量水，也可能導致腐蝕加劇、電池容量下降，甚至引發(fā)相分離。因此，工業(yè)界和學術界的研究重點已經(jīng)從單純“干燥溶劑”轉(zhuǎn)向精準調(diào)控水的能量狀態(tài)，以期在實驗室和實際應用中獲得更準確、可重復的結(jié)。

 三、問題描述 

傳統(tǒng)的干燥方法（例如真空抽吸或篩分）雖然可以降低整體水分含量，但無法判斷有多少水分仍以化學方式結(jié)合在溶劑中。

氧化還原液流電池和鋁-空氣電池被認為比鋰離子電池更安全且更具可擴展性，然而，如果水分活度未得到妥善控制，它們的電解液可能會變得不穩(wěn)定。

即使水分攝入量略微增加，也可能使 ethaline 類型的深共熔溶劑（DES）從幾乎理想的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@不理想的狀態(tài)。

 這是因為新吸收的水分子會重新排列局部的氫鍵網(wǎng)絡，而這種變化無法通過傳統(tǒng)的總含水量測量方法檢測到。

此外，標準的干燥技術并不能區(qū)分水的能量狀態(tài)，它們僅僅是去除大部分水分而已。

在水含量較低、體系非理想行為更明顯的條件下，任何殘留的高能量水都可能導致金屬部件腐蝕、擾亂電化學數(shù)據(jù)，甚至掩蓋真實的溶劑穩(wěn)定性邊界（如果這些水參與反應）。這種忽視將威脅到那些試圖在成本、安全性或可擴展性方面超越鋰電池的新興電池技術的經(jīng)濟可行性。

此外，如果不對水分活度進行精確監(jiān)測，研究人員就有可能誤讀關鍵的電化學結(jié)果，從而在制造過程中引入不一致性，縮短設備的使用壽命。

下期預告

下期，我們將深入探討如何通過科學手段精確測量與調(diào)控水分活度，破解水基電解質(zhì)不穩(wěn)定的技術難題。不僅如此，我們還將揭示電解液定制策略如何與水分活度聯(lián)動，賦能下一代深共熔溶劑體系，為電池在極端環(huán)境下的性能穩(wěn)定性提供全新解決方案。如果您關注電池技術的前沿突破，下一期將為您帶來更多實用的設計思路與實驗啟示，不容錯過！

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本次交流標志著國際專家與中國藥典編寫單位在水分活度標準建設上的深度協(xié)作，為后續(xù)標準的科學制定奠定了堅實基礎。  

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