แบตเตอรี่แบบใช้น้ำเป็นแบตเตอรี่ไฟฟ้า ที่ใช้ สารละลายที่มีน้ำเป็นอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่แบบใช้น้ำมีมาตั้งแต่ทศวรรษ 1860 แม้ว่าการออกแบบส่วนใหญ่จะไม่มีความหนาแน่นของพลังงานและอายุการใช้งานตามที่ต้องการสำหรับการใช้งานทั่วไป ( การจัดเก็บพลังงานในโครงข่ายไฟฟ้าและยานยนต์ไฟฟ้า ) ^{[ 1 ]}แต่โดยทั่วไปแล้วถือว่าปลอดภัยกว่า เชื่อถือได้มากกว่า และมีราคาค่อนข้างถูกเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน^{[ 2 ]}จนถึงทศวรรษ 2010 แบตเตอรี่แบบใช้น้ำยังพบช่องทางเฉพาะในการใช้งานที่มีกำลังสูง เช่นเครื่องมือไฟฟ้า ไร้สาย แต่การพัฒนาทางเคมีของลิเธียมไอออนทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถเข้ามาแทนที่ได้^{[ 3 ]}

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดถูกคิดค้นโดยGaston Plantéในปี 1859 แม้ว่าการนำ การออกแบบอิเล็กโทรไลต์ กรดซัลฟิวริก เจือจางมาใช้ในเชิงพาณิชย์ ต้องใช้เวลาถึงยี่สิบปีในการทำงานโดยนักประดิษฐ์หลายคน หลังจากนั้นอีกครึ่งศตวรรษ แบตเตอรี่ แบบควบคุมด้วยวาล์ว ("แบบปิดผนึก") ที่ทันสมัยก็ปรากฏขึ้นในช่วงปี 1930 ^{[ 1 ]}

แบตเตอรี่อัลคาไลน์ปรากฏขึ้นครั้งแรกในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยแบตเตอรี่นิกเกล-แคดเมียมถูกแทนที่ด้วย แบตเตอรี่ นิกเกล-เมทัลไฮไดรด์ในช่วงปี 1980 ( แบตเตอรี่นิกเกล-ไฮโดรเจนได้รับการพัฒนาในช่วงปี 1970 และยังคงใช้ในดาวเทียม ) ^{[ 1 ]}

ในช่วงต้นทศวรรษ 2020 แบตเตอรี่แบบใช้น้ำมีส่วนแบ่งครึ่งหนึ่งของตลาดแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้^{[ 1 ]}

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่แบบใช้น้ำมีข้อดีดังต่อไปนี้: ^{[ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]}

• ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติที่ไม่ติดไฟ (เนื่องจากมีปริมาณน้ำสูง แต่แบตเตอรี่ก็ยังสามารถระเบิดได้หากร้อนเกินไป) ความทนทานสูงต่อการใช้งานผิดวิธี และความต้านทานต่อการชาร์จไฟเกิน (เนื่องจากวัฏจักรออกซิเจน )
• ต้นทุนต่ำเกิดจากวัตถุดิบราคาถูก ( กรดซัลฟิวริกมีราคาถูกมากเมื่อเทียบกับลิเธียมเฮกซาฟลูออโรฟอสเฟต ) กระบวนการผลิตที่ไม่ต้องใช้สภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน และใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์น้อยที่สุดเนื่องจากมีความปลอดภัยและน่าเชื่อถือโดยธรรมชาติ
• อัตราการตอบสนองที่รวดเร็วช่วยให้การชาร์จและการคายประจุเร็วขึ้น และให้ความสม่ำเสมอในช่วงอุณหภูมิต่างๆ

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล้วมีข้อเสียดังต่อไปนี้: ^{[ 6 ] [ 4 ]}

• หน้าต่างทางเคมีไฟฟ้าที่แคบ: น้ำเริ่มแยกตัวด้วยไฟฟ้าที่ศักยภาพ 1.23 โวลต์แม้ว่าการเลือกวัสดุอย่างชาญฉลาดจะสามารถขยายหน้าต่างไปถึง 2.3 โวลต์ และการใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้นสูง (ที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลต์น้ำในเกลือ) สามารถขยายหน้าต่างไปถึง 3 โวลต์ได้^{[ 7 ]}ในทางปฏิบัติ มีเพียงแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเท่านั้นที่ถึง 2 โวลต์ ส่วนการออกแบบอื่นๆ ที่ผลิตอยู่ในปัจจุบันจำกัดอยู่ที่ศักยภาพที่สูงกว่า 1 โวลต์เล็กน้อย ซึ่งจำกัดความหนาแน่นของพลังงานอย่างมาก (เซลล์ลิเธียมไอออนโดยทั่วไปให้พลังงาน 3.3–3.9 โวลต์) ความหนาแน่นของพลังงานทั้งปริมาตรและมวลของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนดีกว่า 2-3 เท่า^{[ 8 ]}
• เนื่องจากน้ำเป็นตัวทำละลายที่ มีฤทธิ์กัดกร่อน จึงทำให้ส่วนประกอบของแบตเตอรี่ละลายและแยกตัวออกจากกัน และอาจทำให้เกิด การกัดกร่อนซึ่งจำกัดทางเลือกของวัสดุและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
• อายุการใช้งานของวงจรลดลงอย่างมาก

แบตเตอรี่แบบใช้น้ำเป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างกว้างขวางในศตวรรษที่ 21 ^{[ 5 ]} (โดยมีจำนวนสิ่งพิมพ์เพิ่มขึ้นอย่าง "น่าทึ่ง" ตั้งแต่ปี 2015 ^{[ 4 ]} ); นวัตกรรมด้านวัสดุตั้งแต่ต้นศตวรรษทำให้มีประสิทธิภาพที่ดีกว่าแบตเตอรี่แบบใช้น้ำ "แบบดั้งเดิม" ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาแบตเตอรี่เหล่านี้ให้กลายเป็นส่วนเสริมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในด้านการขนส่งและการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า^{[ 6 ]}

Tahir และคณะ^{[ 9 ]}ระบุทิศทางการวิจัยดังต่อไปนี้:

• แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบใช้น้ำ (LIAB) ต้นแบบแรกผลิตขึ้นในปี 1994
• แบตเตอรี่โซเดียมไอออนแบบใช้น้ำ (SIAB);
• แบตเตอรี่โพแทสเซียมไอออนแบบใช้น้ำ (PIAB);
• แบตเตอรี่ไอออนสังกะสีในน้ำ (ZIAB);
• แบตเตอรี่แมกนีเซียมไอออนแบบใช้น้ำ (MIAB);
• แบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนแบบใช้น้ำ (AIAB)

• Liang, Yanliang; Yao, Yan (15 พฤศจิกายน 2022). "การออกแบบแบตเตอรี่น้ำสมัยใหม่" Nature Reviews Materials . 8 (2): 109– 122. doi : 10.1038/s41578-022-00511-3 . eISSN  2058-8437 .
• Chao, Dongliang; Zhou, Wanhai; Xie, Fangxi; Ye, Chao; Li, Huan; Jaroniec, Mietek; Qiao, Shi-Zhang (22 พฤษภาคม 2020). "แผนงานสำหรับแบตเตอรี่น้ำขั้นสูง: จากการออกแบบวัสดุสู่การใช้งาน" . Science Advances . 6 (21) eaba4098. Bibcode : 2020SciA....6.4098C . doi : 10.1126/sciadv.aba4098 . eISSN  2375-2548 . PMC  7244306 . PMID  32494749 .
• Tahir, Chenar A.; Agarwal, Charu; Csóka, Levente (13 เมษายน 2563). "ความก้าวหน้าของแบตเตอรี่ไอออน "สีเขียว" โดยใช้อิเล็กโทรไลต์ในน้ำ" แบตเตอรี่แบบชาร์จได้: ประวัติ ความก้าวหน้า และการใช้งาน Wiley. หน้า  379–401 . doi : 10.1002/9781119714774.ch16 . ISBN 978-1-119-66119-1.
• Pistola, G. (20 พฤษภาคม 2556). "อุปกรณ์พกพา: แบตเตอรี่" . ในเจอร์เก้น การ์เช่; คริส เค. ไดเออร์; แพทริค ที. โมสลีย์; เซมปาชิ โอกุมิ; เดวิด เอเจ แรนด์; บรูโน สโครซาติ (บรรณาธิการ) สารานุกรมแหล่งพลังงานไฟฟ้าเคมี . นิวเนส. พี 33. ไอเอสบีเอ็น 978-0-444-52745-5. OCLC  1136567377 .