水系单价离子电池由于其快充能力和高功率密度而成为大规模储能系统中有前途的储能装置，因此近年来其研究取得了显著进展。许多综述总结了电极和电解液的最新进展和成就，但很少有概述解决针对不同电极材料及其窄电压窗口缺点基本理解的策略。此外，策略与性能之间的相关性仍不清楚。
在此，澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授、中南大学张文超教授等人总结了水系单价离子电池的最新进展和成就，并从分子结构、形貌、元素组成和电极/电解液界面等方面讨论了电极材料在水系电解液中的基本反应机理。作者主要比较了正极材料（PBA、聚阴离子型化合物和层状氧化物）的优缺点，并介绍了几种代表性的负极材料和电解液。其中，钠和钾电池因其丰度高、易于获取及钠/钾盐在水中的高溶解度而受到广泛关注，二者更适合开发低成本水系电池。
此外，与水合锂/钠离子相比，水合钾离子由于最小的水合离子半径和自由能在水系电解液和电极/电解液界面表现出最快的扩散动力学，表明具有快充能力和出色功率密度的潜力。因此，水系钾电池被认为是大规模储能系统中高功率器件的有希望候选者。
作者为水系单价离子电池的电极材料设计提供了合理的原则和潜在的未来发展方向：（1）正极材料的发展方向包括：i）阐明正极相变行为；ii）调整水分子在正极晶格中的作用；iii）提高晶体结构的稳定性；iv）通过表面涂层进行界面工程。
（2）负极材料方面需要解决的问题包括：i）探索用于水系电解液的有机负极；ii）抑制羰基化合物在水系电解液中的溶解；iii）了解有机材料在循环过程中的电化学反应机制。
图2. 盐包水/双盐包水电解液提高电压窗口的研究展示
i）实现无机盐在水系电解液中的应用，阐明水分子与阳离子的相互作用机制；
iii）具有稳定电化学性能的人工TiO2和ZnO涂层材料应进一步研究；
iv）控制不可逆的还原反应和抑制水分子分解以形成致密的保护性SEI层，抑制SEI在长期循环过程中的溶解和腐蚀并减少不可逆的H2释放。
Recent Progress and Future Advances on Aqueous Monovalent-ion Batteries towards Safe and High-power Energy Storage, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202107965
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