美國倫斯勒理工學(xué)院的研究人員克服一個存在已久的問題 - 電池枝晶，打造了一種與鋰離子電池性能一樣好的金屬電池 – 鉀電池。

蓋世汽車訊 從手機、到太陽能、再到電動汽車，人們越來越依賴于電池。隨著人們對安全、高效、強大儲能設(shè)備的需求不斷增長，而可充電鋰離子電池一直是電池領(lǐng)域內(nèi)的主導(dǎo)技術(shù)，人們對尋找此種電池的替代品的需求也在不斷增長。

據(jù)外媒報道，美國倫斯勒理工學(xué)院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人員展示了如何克服一個一直存在的電池問題 – 電池枝晶，打造了一種與鋰離子電池性能一樣好的金屬電池 – 鉀電池。相對于鋰，鉀是一種儲量更豐富、價格更便宜的元素。

電池有兩個電極，一端是陰極，另一端是陽極。如果查看鋰離子電池的內(nèi)部，通常會發(fā)現(xiàn)一個由鈷酸鋰制成的陰極以及一個由石墨制成的陽極。在電池充放電過程中，鋰離子會在兩個電極之間來回流動。

在此種情況下，如果研究人員只簡單地用鈷酸鉀取代鈷酸鋰，電池性能會下降。鉀是一種較大較重的元素，因此其能量密度較低。因此，倫斯勒理工學(xué)院團隊希望通過用金屬鉀取代石墨陽極，以提高鉀金屬的性能。

倫斯勒理工學(xué)院機械、航空航天和核工程知名教授兼該論文的第一作者Nikhil Koratkar表示：“就性能而言，此種鉀電池可與傳統(tǒng)的鋰離子電池相媲美。”

盡管金屬電池潛力巨大，但是也一直因金屬在陽極上沉積形成枝晶而造成困擾。當(dāng)電池經(jīng)歷反復(fù)的充放電循環(huán)時，由于金屬鉀沉積不均勻就會形成枝晶。Koratkar解釋表示，隨著時間推移，鉀金屬沉積物會變得越來越長，長得像樹枝。

如果此類沉積物長得太長，最終會刺穿絕緣隔膜，而絕緣隔膜的作用是防止電極相互接觸，因此最終會導(dǎo)致電池短路。當(dāng)電池短路，而電池內(nèi)部的有機電解質(zhì)著火時，就會產(chǎn)生熱量。

在該論文中，Koratkar與團隊成員（包括倫斯勒理工學(xué)院博士生Prateek Hundekar、化學(xué)和生物分子工程系教授Chunsheng Wang等馬里蘭大學(xué)研究員）解釋了他們的解決方案為此種電池的實際應(yīng)用鋪平了道路。通過以較高的充放電速率運行電池，能夠很好地控制電池內(nèi)部溫度的升高，并促使枝晶自愈，離開陽極。

Koratkar將此種自我修復(fù)的過程比作暴風(fēng)雪結(jié)束后，雪堆的變化。風(fēng)和太陽幫助將雪堆上的雪花吹走，將雪堆縮小，最終讓雪堆變平。同樣地，雖然電池內(nèi)部溫度升高不會熔化金屬鉀，但確實有助于激活鉀金屬的表面，使鉀原子擴散，橫向離開其形成的“堆”，有效地“撫平”了枝晶。

Koratkar表示：“利用此種方法，可以在晚上或者不使用電池時，得到一個電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用局部的熱量，使枝晶自我修復(fù)?！?/p>

Koratkar及其團隊此前曾演示過類似的方法，讓鋰金屬電池的枝晶自我修復(fù)，不過，他們發(fā)現(xiàn)，鉀金屬電池完成自我修復(fù)的過程所需的熱量要少得多。該發(fā)現(xiàn)也意味著鉀金屬電池可能比鋰金屬電池更高效、更安全、更實用。