水和電子設備通常不相容，但事實證明，電池可以從一些水 (H2O) 中受益。

科學家透過用可回收的「水電池」替代商用電池中危險的化學電解質，並解決了該新興技術的關鍵問題，這可能是更安全、更環保的選擇。

「水電池」正式名稱為水性金屬離子電池。這些設備使用鎂或鋅等金屬，這些金屬的組裝成本更低，且毒性小於目前在其他類型電池中使用的材料。

電池透過產生從電池的正極 (陰極) 流向負極 (陽極) 的電子流動來儲存能量。當電子以相反方向流動時，它們會消耗能量。電池中的液體存在是為了在兩端之間來回運送電子。

▲ 電池原型。（Carelle Mulawa-Richards，皇家墨爾本理工大學）

在水電池中，電解液是加了一些鹽的水，而不是像硫酸或鋰鹽這樣的物質。

重要的是，這項新技術的背後團隊想出了一種防止這些水電池短路的辦法。這種情況發生在電池內部的金屬陽極上形成稱為樹枝狀金屬生長的微小尖銳物時，刺穿電池隔室。

澳大利亞墨爾本皇家墨爾本理工大學的化學科學家、主要作者Tianyi Ma 表示，儘管這項新技術不太可能很快取代鋰離子電池，但經過進一步的研究和開發，水電池可能在大約十年內成為鋰離子電池的安全替代品。

從筆記型電腦、手機到電動自行車到汽車等一切物品中，都有鋰離子電池的存在，在極端情況下可能會過熱並著火。這是因為鋰是一種非常活躍的金屬，浸泡在有機電解質中。

出於這些安全考慮，研究人員長期以來一直試圖設計使用不同材料，但能產生相同性能和具有類似壽命的電池。

使用水性金屬離子電池的主要障礙之一是枝晶生長。為了抑制這一點，研究人員用鉍金屬對電池的鋅陽極進行塗層，鉍金屬會氧化形成鏽。這會產生一層保護層，阻止枝晶的形成。

研究人員的實驗表明，這一特點還幫助原型水電池壽命更長，經過500次循環後，保持了超過85％的容量。

據《衛報》的羅伊斯·庫梅洛夫斯 (Royce Kurmelovs) 報導，該團隊迄今為止已經開發了用於時鐘的鈕扣電池和類似於 AA 或 AAA 電池的圓柱形電池的水基原型。

該團隊正在努力提高其水電池的能量密度，使其與裝在口袋大小設備中的緊湊型鋰離子電池相媲美。

鎂是他們首選的材料，較鋅更輕且潛在能量密度更高。Tianyi Ma說，如果鎂離子電池能夠商業化，這項技術可能在幾年內取代笨重的鉛酸電池。

鉛酸電池的能量密度低，用於啟動汽油或柴油汽車發動機以及大規模電網儲能。然而，由於它們含有鉛和有害酸，因此無法丟棄，必須在專門設施進行回收。

隨著世界電氣化其能源系統以淘汰化石燃料和應對氣候變化，預計對電池及其製造所用金屬的需求將增加，因此回收或再利用鋰離子電池也是首要任務。

Tianyi Ma說：「我們的電池可以安全拆卸，材料可以重複使用或回收，進而解決了全球消費者、行業和政府面臨的當前儲能技術在報廢處理方面所面臨的挑戰。」

在實際應用方面，研究人員將他們的電池設計連接到一個太陽能電池板和一個 45 瓦的太陽能燈，該電池在充滿電一天後可以使燈持續亮了12個小時。這是一個小規模的示範，展示了「水電池」用於可再生能源儲存的潛力，這應該會鼓勵更多的研究。

這項研究發表在《先進材料》雜誌上。