马里兰大学团队推出4.9伏水性锂电池，完成2,000次稳定循环

突破水系电池壁垒：水系锂电池迈向商业化

马里兰大学的研究人员实现了 4.9 伏的电压和 2,000 次稳定循环，开启了一个价值 240 亿美元的市场，并改变了从电网储能到电动航空等一切领域的计算方式。

在马里兰州大学公园的实验室灯光下，一层半透明的水和有机溶剂双层膜开始以 4.9 伏的电压运行——高于任何水系电池所能承受的电压。几分钟内，测试电池组进入平稳放电平台期，并且在第 2,000 次重复测试中仍然保持相同的电压值。

知情人士表示，这一刻重塑了电池化学领域的格局。自 1991 年锂离子电池诞生以来，易燃有机电解质一直被认为是高能量密度的必然代价。Chunsheng Wang 教授及其同事现在开辟了第三条道路：一种无膜水/有机双相电解质，它将水的安全性与长期以来被认为不可能的电压窗口相结合。

“这项进步不仅提高了性能，而且为未来的突破奠定了基础……其意义是深远的，”研究团队在 自然纳米技术 中写道。

该电池摒弃了早期水系混合电池中使用的脆弱聚合物隔膜。相反，超亲锂离子载体——12-冠醚-4 和四甘醇二甲醚——自组装成锂离子纳米团簇，它们在界面巡逻，防止两种液相混合，并将阻抗降低至 2.7 Ω·cm²。

水通常在 1.23 伏时分解，但纳米团簇界面将析氢极限转移到 0.0 伏，使阳极能够安全运行，而阴极则可以升至 4.9 伏。对于追踪电池金属的交易员来说，这个新的上限可以与当今最好的富镍锂离子电池相媲美，而无需承担钴暴露的风险。

循环数据显示 >2,000 次完全深度放电循环——与优质电动汽车电池组相当。能量密度数据尚未公布，但项目内部人士表示，该化学物质已经在硬币原型电池中达到 250 瓦时/千克 的水平，并且随着更大尺寸电极的到来，有“快速提升空间”达到 300 瓦时/千克。

来源：马里兰大学提供的数据

阶段	必须发生的事情	现实时间
实验室 → 中试	将双层电解质扩展到 10–100 安时的电池组；确保 12-冠醚-4 和 G4 的供应链。	2025–27 年
中试 → 工业	改造一条一级电池生产线；获得 UL 9540A 和 UN 38.3 认证。	2027–29 年
早期市场	固定式储能、叉车、电动垂直起降飞行器电池组（需要 <300 瓦时/千克）。	2028–30 年
大众市场电动汽车	≥320 瓦时/千克电池组，<$75 美元/千瓦时，汽车 PPAP。	2030–32 年

一位参与初步规模化的工艺工程师表示，大多数现有的锂离子电池工具都可以重新利用，因为“没有陶瓷隔膜，也没有 1% 的湿度要求。这就像 2010 年代的锂离子电池资本支出重现。”

可能的赢家	理由
AquaLith / WISE Batteries	拥有基础知识产权，可能采取授权许可而非制造。
一级电池组制造商（比亚迪、LG 新能源、松下）	可以在保持车队安全性的同时重复使用传统生产线。
特种化学品供应商（MilliporeSigma、阿科玛）	冠醚和二甘醇二甲醚的用量可能从公斤级跃升至千吨级。
电网储能原始设备制造商和公用事业公司	不易燃性消除了暖通空调和惰性气体成本——节省 35–45% 的 BoP 成本。

潜在的输家	原因
有机溶剂生产商	如果水系电池赢得 10–15% 的份额，碳酸酯和 PF₆ 盐的需求将会减少。
钠离子电池的希望者	安全性优势消失；能量密度差距扩大。
锂离子电池储能保险公司	较低的风险池压缩了保费。

到 2032 年，全球电池需求将达到 3 太瓦时/年。如果水系电池占据 10%——固定式储能和利基电动汽车领域的一个保守份额——并且平均售价为 80 美元/千瓦时，那么每年的收入将达到 240 亿美元，超过目前整个钒液流和铅酸电池行业的总和。

苏黎世的一位能源技术投资组合经理表示，客户正在“绘制暖通空调制造商和碳酸酯溶剂供应商等衍生产品的路线图。最安全的配对交易可能是做多冠醚化学，做空碳酸酯溶剂。”

风险	交易相关性
离子载体成本曲线	需要从 35 美元/千克降至 <8 美元/千克才能满足 80 美元/千瓦时电池组的目标。
知识产权规避	快速行动的中国原始设备制造商的“绕开发明”努力可能会引发诉讼。
锂价波动	化学物质仍然以锂为基础；即使镍/钴逐渐消失，快速增长也可能使现货价格保持波动。
竞争性突破	如果固态电池在 2029 年之前清除枝晶和成本障碍，水系电池可能仍然是一个安全利基市场。
规模化陷阱	在 >100 安时的电池中，均匀双层膜的形成尚未得到证实；中试生产线的延迟将考验市场情绪。

伦敦商品基金的一位风险分析师警告说，“锂碳酸盐期货的每一个拐点都将被交易员放大，他们试图判断哪种技术——固态电池、钠离子电池或水系电池——控制着市场叙事。”

三十年来，电池投资者一直在追求一个由高能量、低成本和本质安全组成的目标三角形，但却发现每个角都会削弱其他角。马里兰大学在水系电池方面的突破是第一个将所有三个顶点拉入同一设备，并且具有可靠的大规模生产路径的案例。

如果该化学物质按计划扩大规模，它可以降低电网储能的平衡成本，减少仓库电池的保险附加费，并为电动汽车制造商带来营销上的成功——以主流价格实现防火续航。曾经将水系电池视为学术珍品的交易员现在可能需要重新调整他们的投资组合。商业化的时钟已经启动，下一次滴答声将在不到两年的时间内到来。