水是人们生活中最常见的物质之一。说到水和科学，我总是会想到各种令人无法理解的与水有关的骗局。毕竟，总有一些业余科学家想利用身边最常见的东西制造一些大新闻。
我从出生起就一直听说有些人想将水与能源联系起来，借机发财，但最终还是因缺乏教育而受苦。
水骗局
1997年，王洪成“水变油”案结案，一场持续了四年的闹剧落下帷幕。我们现在的小学生可能觉得“水变油”根本不可能。但当时，王洪成精妙的“骗局”，加上魔术般的手段，让人以为水真的能在媒体面前变成油。这起骗局引起了大批民众的关注，甚至主流媒体也多次报道。
在人们熟知的用水代替能源的骗局中，上世纪 80 年代，国外有个叫迈耶的人宣称，他的“水动力”沙滩车，加四升水就能行驶 180 公里。小编粗略算了一下，以氢气和传统汽油的热值来算，就算把四升水以 100% 的效率完全转化成氢气，再以 100% 的效率由氢气转化为电能，也比不上汽油能发出的电能。
迈耶和他的专利水力沙滩车
四升水能跑180公里？现在常规汽油车跑100公里需要5升汽油，连我这个二年级算术小学生都能算出来，这个外国“发明家”还真是敢作弊啊。
然后，几年前，“水氢发动机”这个名字突然在国内被提起。名字很好听，直到加上“氢”字，毕竟“水动力”这个名字连小学二年级的小学生都觉得不可能。其实听起来也不是很新奇，原理好像也行——水变成氢，氢燃烧生成水和电能。这还是有点21世纪骗子的“科学操守”的。
但关键问题是，把水变成氢气的能量从哪里来？你说靠太阳能、风能，但水怎么可能凭空变成氢气？果然，今年2月，该集团旗下一家子公司宣布启动破产清算程序。
水的内心：我是无辜的！
今天，我要澄清一下水这个名字。你以为水和能量供应无关吗？其实不然。你知道水系电池吗？电池加入水后，其实也可以工作。不过，在这种电池中，水并不是能量供应物质，主要起到电解质的作用。
锂电池是如何流行起来的？
锂离子电池近几年发展迅速，虽然该技术自1990年才开始商业化，但近30年来锂离子电池成本已降低90%以上，成为未来我国新的经济增长点。绿色能源的普及和能源互联网的建立对储能设备提出了要求——能量密度高、成本低、环境友好、安全性好。
不过，如果你问一个对锂离子电池不太了解的普通人，他们担心的是什么，大多数人都会说安全。毕竟，锂离子电池引发的火灾事故，都和能量密度高的锂离子电池有关。锂离子电池能起火，不就是因为电池里使用了有机电解质吗？
机械、电气和热滥用以及电池缺陷可能导致热失控
电池的安全如今从材料层面到电池组层面都得到了很好的保障。比如，电池组层面的管理可以保证电池芯不被滥用，电解液中添加阻燃添加剂可以尽可能防止大规模火灾的发生。此外，温度控制和气体防护也可以保证电池组的安全。
锂离子电池热失控的原因及解决方法
电池组热失控原因及相应解决方案
如果你看不懂上面两张图也没关系，你只要知道，在电池中，如果存在一点点“热失控”的可能性，研究人员都能给你清晰地解决，也能清晰地看到，要保证锂离子电池的安全，需要多么复杂的工艺和技术。
水系电池
对于电动汽车中的锂电池来说如此，但如果将锂离子电池系统用于储能站，还有新的因素需要考虑。除了安全性之外，最重要的是成本。锂离子电池本身有严格的制造条件（干燥度），如果要将其用于大规模储能，为了安全性付出的成本其实很高。谁愿意在自己的社区里放一个可能轰动一时的大东西呢？
分布式储能电站其实不需要那么高的能量密度，只要成本允许，一层楼高的储能电站放在居民区供电就可以了，只要能存够电，做大一点也没问题。什么？做两层楼高的储能电站？也可以。
说到这里，我只想拔出一本神奇的书，叫做“水系电池”，因为这种电池的电解液使用的溶剂就是水。那么就好办了，安全性基本能得到保证，相比传统锂离子电池的相对安全性，这是绝对的安全，水能有什么不好的用意。
水系电池是指以水为电解质的二次电池。你说水系电池是水，但它根本就不是水。水系锂离子电池还有第三个特点，就是以水为溶剂的电解液的离子电导率一般比有机电解液高两个数量级，所以即使把电池做得又大又厚，也能保证比较快的充放电速度，这样能更好地发挥储能设备在绿色电网中削峰填谷的作用。
Jaff Dahn 首次提出的水电池系统
1994年，Jaff Dahn教授首次提出了第一个水系锂离子电池，该电池以锰酸锂为正极，氧化钒为负极，硝酸锂和氢氧化锂的水溶液为电解液。
首先我们要知道，电池的能量密度是由电池电极材料的容量和电压决定的——约等于二者的乘积。直到现在，研究人员们都在致力于解决水系电池最突出的问题——能量密度低，因为电池的电压受制于水的分解电位。当然，水系电池目前也存在一些亟待解决的问题，比如严重的副反应、集流体的腐蚀等。
一不小心，电池内部就可能变成初中化学实验——电解水产生氢气和氧气
理论上，在电化学领域，当pH=0时，高于1.23V的水会被氧化成氧气，低于0V的水会被还原成氢气。水系电池能输出多少电压，或者充电时能承受多少电压，取决于水能承受多少电压。所以从这个角度来说，水系电池理论上只能输出不超过1.23V的电压。我们把这个电解液能输出的电压叫做电压窗口。
图|水的电化学窗口随pH值的变化及常见锂离子正负极材料氧化还原电位丨
一般来说，正极电位不应高于电解液电化学窗口（氧化窗口）的上沿，负极电位不应低于电解液电化学窗口（还原窗口）的下沿，这样才能保证电池充放电过程中电解液的稳定性。
此外，正极电位尽量靠近窗口上沿，负极电位尽量靠近窗口下沿，保证电池在电解液体系中能输出较高的电压，从而尽可能满足水系电池的能量密度。
不同盐浓度下的溶剂化结构
再者，如果考虑到水分解本身也需要一定的过电位，而且电解液会在电极表面形成钝化膜，电解液窗口还可以进一步拓宽。甚至采用高浓度盐溶液，也就是加入很多电解液，这时候的溶剂结构就很神奇了，电解液窗口还可以进一步拓宽。2015年提出的“盐包水”电解液，可以将水系电池窗口拓宽到3-4V。这基本可以追上锂离子电池的输出电压了。高浓度盐溶液对于锂离子电池，尤其是水系电池电解液拓宽窗口的原理很神奇，后面会给大家讲。
表 | 几种常见电池系统与水系电池性能对比 来源：
电池系统
优势
主要应用
不足的
铅酸系统
成本低、安全
电力、储能
铅污染、硫酸污染
镍氢电池
低温性能、动态性能
混合动力、储能
稀土、镍等原材料成本高
锂离子电池
高能量密度
电力、储能
安全
水系电池
成本低、安全
能源存储
能量密度低
相比于其他已商业化的电池，水系电池的应用场景也十分明确——储能领域。该方向的研究论文数量近年来也在快速增长。
近年来水系电池相关文章数量变化
所以每当有人鄙视我们在生化、环境材料上发表文章“浇水”的时候，我心里就很不满，没错，我就是往电池里浇水，不浇水电池还能用吗？
特别感谢：感谢学姐审阅本文并提供相关信息~
评论：岳