有机介质电池存在的安全隐患是公众反对其广泛使用的主要原因。水系电池(ABs)以环境友好的水为基础，具有高功率密度和抗误操作等优点，为安全、经济、可扩展的储能提供了一种有前途的替代方案。在过去的5年里，全球对ABs的研究兴趣和成果激增。然而，其大规模应用受到输出电压有限和能量密度不足等限制。

有鉴于此，阿德莱德大学乔世璋教授总结了ABs基础研究面临的挑战，重点是先进材料的设计和整个设备的实际应用。同时，建立了不同ABs体系应对挑战的潜在交互作用。然后，总结了关于ABs的最新研究进展，以解决关键问题，特别强调先进材料与新兴电化学之间的关系。最后，提供了从材料设计开始，到下一代可靠ABs的商业化的路线图。

文章要点

1）安全性，原材料和制造的低成本以及环境友好性等优势，使ABs成为用于储能解决方案的领先储能设备。迄今为止，基于ABs已经取得了巨大的研究进展，尤其是在最近5年中。但是仍有一些问题需要解决。与水性电解质兼容的电极材料的设计和应用对于实现高性能和可生产的能量存储系统至关重要。作者总结了ABs面临的主要挑战包括：（1）不同电荷载体的性质；（2）水分解的风险和有限的输出电压；（3）枝晶生长具有刺穿隔膜和从电极上脱落的潜在危险，这会降低ABs的CE和循环稳定性；（4）腐蚀，钝化和其他副反应（充电/放电过程中的腐蚀，钝化和其他副反应与CE和循环稳定性密切相关）。

2）寻找具有大电化学稳定窗口（ESW）的电化学可逆性以及对酸性/碱性/近中性水性介质具有化学稳定性的材料，对于改善ABs的综合性能至关重要。基于对AB中上述挑战和策略，作者总结了包括：锂/钠/钾离子ABs，钠基ABs，钾基ABs，锌基ABs，碱性锌基ABs，中性ZIBs，Mg/Al/Ca离子ABs，非金属离子ABs等先进电极材料的ABs的研究进展。

3）ABs作为间歇性能源利用和可持续大规模应用的有前途的储能系统具有广阔的应用前景。先进的ABs得益于其低成本，丰富的资源，易于组装和回收利用，环境友好性以及最重要的安全性，最有可能取代传统的锂离子，镍氢和铅酸电池，以用于未来的汽车，航空以及可扩展的应用领域。近年来，具有卓越的电化学性能和新的电化学机理的电极材料正飞速发展。尽管在该领域已经取得了重大进展，但仍需要不懈的努力，包括在满足实际应用要求之前推动能源/功率密度和长期稳定性。作者最后总结了典型ABs体系的优缺点，以及ABs商业化应用需要满足的三个要素：安全，低成本供应，高性能输出。

Dongliang Chao, et al, Roadmap for advanced aqueous batteries: From design of materials to applications, Science Advances, 2020

DOI：10.1126/sciadv.aba4098

https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaba4098