随着科学技术的快速发展，全球能源需求急剧增加[1]。化石燃料的消耗导致过量碳排放，加剧了温室效应[2]。为应对环境挑战，包括太阳能和风能在内的清洁能源技术近年来取得了显著进展。因此，开发具有高安全性和功率密度的大规模储能技术成为核心需求[3]。近年来，锂离子电池在便携式电子设备中得到了广泛应用，这在很大程度上归功于其高能量密度。这些电池也越来越多地应用于电动汽车[4]。然而，储能技术在可再生能源和智能电网等领域的广泛应用带来了固有挑战，包括锂资源稀缺和安全问题[5]。这些挑战降低了现有锂离子电池在大型固定储能系统（ESS）中的吸引力。
钠和锂属于同一主化学族，具有相似的化学性质[6]。作为地壳中第六大丰富的元素，钠的电化学当量和标准电位仅次于锂[7]。目前，SIBs被认为是最具吸引力和可行性的电池技术之一（图1a）[8]。它们具有高安全性、在高温和低温下的优异性能，以及与现有锂离子电池制造设备的兼容性，使其成为开发低成本、长寿命、高容量和高安全性产品的理想候选者[[9], [10], [11], [12], [13], [14]]。然而，在传统的有机电解质基钠离子电池中，使用高毒性和易燃有机电解质的储能系统难以满足绿色能源的要求[[15], [16], [17], [18], [19]]。相比之下，水基电解质在提高安全性和降低制造成本方面具有明显优势（图1a）。ASIBs采用与传统有机电解质基SIBs相同的“摇椅”工作原理（图1b [20]）。然而，受水的电化学稳定窗口（理论值为1.23 V vs. SHE）的限制，其实际工作电压通常低于2 V。此外，界面容易发生复杂的副反应，如氢气释放、质子插入和过渡金属溶解[21]。这些特性显著影响了电极材料的循环结构稳定性，导致ASIBs与传统SIBs电极材料之间存在显著差异[[22], [23], [24]]。
目前，极地研究、深海探索、高海拔监测、军事行动和航空航天等多样化应用场景的出现，使得储能设备能够承受极端气候成为越来越不可或缺的要求[25]。最近的研究表明，作为新型绿色储能系统的水基钠离子电池在宽温度适应性方面具有显著竞争优势[26,27]。与主流水基系统（如水基锂离子电池、水基锌离子电池和水基钾离子电池）相比，ASIBs的核心优势在于其在宽温度范围内的卓越稳定性，同时具备低成本和高安全性等综合特性[28,29]。然而，ASIBs在极端环境中的运行必须克服重大挑战。尽管已有研究全面概述了水基可充电电池的现状和相关挑战，但也有专门针对ASIBs阴极/阳极材料和电解质的综述[28]。Li等人探讨了普鲁士蓝类似物（PBAs）作为ASIBs阴极的研究进展[30]。Zhang等人提出了聚阴离子化合物作为ASIBs潜在阴极材料的突破性进展[31]。Ding等人对ASIBs中用于阴极和阳极应用的Mn基电极材料进行了系统综述[32]。据我们所知，2018年和2023年分别有研究团队发表了关于ASIBs的代表性综述[19,33]。2025年，Liang和Wu等人报告了柔性水基可充电钠离子电池（ARSIBs）的优化方法，详细介绍了电极材料、电解质及其针对柔性ARSIBs的优化策略[34]。关于ASIBs在极端环境中的研究主要集中在电解质的宽温度范围上，大多数努力集中在提高其低温性能上[[35], [36], [37], [38]]。相比之下，对其在高温条件下的热稳定性研究仍然有限[39]。同时，最近关于新兴潜在电池材料及其相关前景的全面记录相对较少[40]。
此外，传统设计电极材料和电解质添加剂的方法通常依赖于经验或逐步实验优化。然而，这些方法往往耗时且资源密集，需要大量的实验数据和资源。近年来，借助高通量密度泛函理论生成的海量材料数据，机器学习（ML）能够加速新材料的发现和设计，并已在材料科学研究中得到广泛应用[41]。通过数据驱动的方法，研究人员可以快速筛选数千种材料，准确预测性能，并优化组成，从而加速复杂结构-性能关系的发现[42]。因此，在储能设备（尤其是金属离子电池等）中，电极材料或电解质受到了广泛研究。
在本综述中，我们重点介绍了过去五年ASIBs的水基电解质、电极材料（阴极和阳极）以及关键组件（如隔膜、粘结剂和集流体）的研究进展（图1c）。它强调了ASIBs在宽温度范围内的挑战及相应的改进方法，特别讨论了各种电解质类型和电极材料，包括氧化物、聚阴离子化合物及其衍生物、普鲁士蓝类化合物和有机化合物等。此外，我们探讨了机器学习在电极材料设计和电解质筛选中的潜在关键作用。在最后一部分，我们全面总结了现有的改进策略，并指出了相应的局限性。本综述的目的是评估当前面临的挑战和前景，从而为设计先进、高性能的柔性ASIBs提供有价值的参考。
