水系电池因其低成本、高电导率、不易燃等优点，已逐步进入储能系统应用阶段。然而，水系电池内部的电化学反应是一个复杂的多步骤过程，电解液和电极材料是决定水系电池电化学性能的关键因素。
针对这两大关键问题，比利时那慕尔大学/武汉理工大学苏宝连院士和宁波大学舒杰教授在National ScienceReview（《国家科学评论》）上发表题为“Aqueous batteries: from laboratory tomarket”的展望文章，为未来水系电池的发展提供新思路，比利时那慕尔大学博士生张西坤为第一作者。
水系电池中的转化和沉积反应会产生较高的容量，但循环性能较差。相反，嵌入和吸附反应可以产生优异的循环性能，但是会牺牲部分容量。目前，针对这一问题提出了一系列优化措施，例如预嵌入方法可以在电极材料内部产生更多的活性位点，提高嵌入型材料的容量；表面修饰工程也可以用于开发析氢/析氧反应动力学缓慢的电极材料。
图1. 水系电池中电极材料和电解液的关键问题
以水为溶剂的电解液具有比非水电解液高两个数量级的离子电导率，但其狭窄的电压窗口极大地限制了水系电池的能量密度。为了拓宽水系电池的电化学稳定窗口，许多优化措施被提出，例如盐包水电解液、分子拥挤电解液和pH去耦电解液等，电化学稳定窗口可以被有效地提高到3.45 V。
在水系电池的实际应用中，还应考虑以下几个问题。首先，与实验室研究相比，实际应用的水系电池中电解液的使用量将大大减少。因此，要在有限的电解液用量下，实现最优的电化学性能。其次，在实现快速充电能力的同时不能忽视存在的析氢和析氧副反应。第三，要优化水系电池在极端环境下工作的能力，例如高温和电池严重变形等。最后，为了促进在柔性电子产品中的应用，未来有望发展水系柔性电池。
总之，当前水系电池的能量密度和循环性能在一定程度上满足了储能系统的需求，但距离电动汽车对可充电电池的要求还有一段距离。随着电极和电解液研究的不断发展，下一代水系电池有望成为商用电池的主角。