（文章來源：老胡說科學(xué)）

很有可能，如果你有一部智能手機(jī)或筆記本電腦，你的大部分生活都圍繞著鋰離子電池。你可能知道這種電池的缺點：它最終會報廢掉，而且鋰很稀缺，開采它對環(huán)境很不利，有時還會爆炸。然而，絕大多數(shù)的消費電子產(chǎn)品和清潔能源存儲設(shè)備都依賴于鋰離子電池，因為目前沒有更好的選擇。

科學(xué)家們正在努力尋找其他的選擇。上周，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》雜志上的一篇論文描述了在制造鉀離子電池方面取得的一項突破。鉀離子電池被認(rèn)為是鋰離子電池的最佳潛在競爭對手之一，因為鉀離子電池比鋰離子電池自然含量要豐富得多，而且只要克服一些障礙，電池的性能也可以與鋰離子電池相媲美。

“地殼中鋰的不均勻分布和稀缺使得依賴鋰離子電池作為唯一的能量儲存來源是非常不現(xiàn)實和不經(jīng)濟(jì)的，”該研究的合著者、倫斯勒理工學(xué)院機(jī)械工程教授說。以前的鉀電池性能不如鋰離子電池，但他的團(tuán)隊現(xiàn)在找到了一種方法，可以安全地提供更多的電量。

首先，簡單回顧一下電池的工作原理：電池是一個獨立的化學(xué)反應(yīng)，由兩個電極組成——正極(陰極)和負(fù)極(陽極)——中間夾著一種叫做電解質(zhì)的物質(zhì)。我們所說的“功率”是指從負(fù)極流向正極的電子流。將電池連接到設(shè)備上并接通電源，就完成了允許這種流動發(fā)生的電路。

兩個電極的化學(xué)組成是關(guān)鍵。在鋰離子電池中，正極由鋰化合物制成，并與石墨制成的負(fù)極配對。鋰很輕，而且特別擅長釋放電子供石墨捕獲，這就是它表現(xiàn)如此出色的原因。在鉀電池中，正極是由鉀元素構(gòu)成的。但由于鉀的重量和自然的能量密度較低，當(dāng)它與通常的基于石墨烯的負(fù)極相結(jié)合時，表現(xiàn)就不那么好了。

試圖制造鉀離子電池的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以通過制造鉀的正極和負(fù)極來解決這個問題。這種鉀金屬電池可以與商業(yè)鋰離子電池競爭。但是，還有一個難題——其他試圖完善鉀電池的研究人員以前也遇到過。任何金屬電池的‘致命弱點’在于尖銳的金屬突起(稱為樹突)的進(jìn)化和生長，這種突起會使電池短路并導(dǎo)致火災(zāi)。”“這些樹突就像混凝土中伸出的堅硬雜草。如果他們突破了電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，爆炸就會隨之而來。

這就是該團(tuán)隊取得突破的地方。研究人員并沒有與樹突的形成作斗爭，而是找到了一種簡單地?zé)羲鼈兊姆椒ā麄兎Q之為“自我愈合”的過程。自我修復(fù)類似于定期加熱。研究人員發(fā)現(xiàn)在這種類型的修復(fù)中，鉀比鋰更容易被接受。

如果其他研究人員能夠復(fù)制這一壯舉，鉀電池或許有機(jī)會將鋰離子電池從寶座上趕下來。當(dāng)然，自熱電池有很多潛在的問題，但研究團(tuán)隊已經(jīng)證明，至少在小電池測試中，它可以通過控制的方式安全運(yùn)行。為了進(jìn)一步解決安全性和規(guī)模化問題，研究小組計劃嘗試在更大的工業(yè)規(guī)模電池中復(fù)制這些結(jié)果。

鉀離子電池的潛力是巨大的：它們不僅可以使消費電子產(chǎn)品的供電更加經(jīng)濟(jì)，而且可以為更大的設(shè)備供電，比如電動汽車；此外，它們還可以提供一種儲存來自太陽能和風(fēng)能等綠色能源的方法。對這些前景的興奮似乎反映在這項研究中，俄羅斯、澳大利亞和日本的科學(xué)家在過去幾個月里發(fā)表了關(guān)于鉀離子電池的論文。

對其他替代品的研究也在進(jìn)行中。根據(jù)它們在元素周期表上所屬的金屬家族，卡拉特卡大致將它們分為兩組。鋅和鈉一樣，是另一種廉價金屬，前景看好(也引起了投資者的興趣)。最終，可能不是一種電池——而是一系列替代電池——能取代鋰離子電池的壟斷地位。
（責(zé)任編輯：fqj）