综述：原位电化学氧化技术在高能量密度水系电池中的应用：机制、材料与前景

本综述系统探讨了新兴的原位电化学氧化（in situ electrochemical oxidation）技术，揭示了其通过多价态元素氧化还原反应（redox）提升水系电池能量密度（high-energy-density）和循环稳定性的机制，为电网级储能（grid-scale energy storage）提供了创新解决方案。

　　

Abstract

水系电化学器件在电网级储能中的商业化应用仍受限于能量密度（energy density）和循环寿命（cycle stability）的瓶颈。传统阳离子嵌入/脱嵌（cation intercalation/deintercalation）机制容量有限，而具有多价态（multiple valence states）的转换反应（conversion chemistries）通过多电子氧化还原（multi-electron redox）为高能量密度存储开辟了新途径。

机制与材料创新

原位电化学氧化技术通过调控材料价态和化学环境，实现了阴极材料的结构重构，显著提升了水系电池的比容量（specific capacity）和电压窗口（voltage window）。例如，Mn³⁺/Mn⁴⁺和V⁴⁺/V⁵⁺等多价态体系可触发高效电子转移，反应动力学（reaction kinetics）加速使功率密度（power density）提升达30%。

技术优势与挑战

该技术通过原位生成活性相（active phase）避免了传统电极预氧化处理的复杂性，但电解液分解（electrolyte decomposition）和相变不可逆性仍是寿命限制因素。近期研究通过界面工程（interface engineering）将循环次数延长至5000次以上。

未来展望

开发兼具高能量密度（>500 Wh/kg）、快充（<10分钟）和超长寿命（>20年）的体系是下一代储能方向，需结合人工智能（AI）筛选材料和原位表征（in situ characterization）技术优化反应路径。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。