鋰電池采用的鈷酸鋰正極材料（LiCoO2）成本較高，并且難以應(yīng)用在耐受穿刺、沖撞和高溫、低溫等條件等特殊環(huán)境。更重要的是，因無(wú)法滿足人們對(duì)安全的絕對(duì)要求而飽受詬病。同時(shí)，鈷酸鋰電池也無(wú)法達(dá)到快速充電與完全避免二次污染等目的，而且，一定要設(shè)計(jì)保護(hù)電路以防止過(guò)度充電或過(guò)度放電，否則就會(huì)造成爆炸等危險(xiǎn)。

另外，鈷的價(jià)格愈來(lái)愈高昂，全球鈷礦最大生產(chǎn)國(guó)剛果，戰(zhàn)亂紛擾多，導(dǎo)致鈷礦價(jià)格不斷升高。鈷酸鋰電池的粉體因鈷礦價(jià)格不斷上漲，現(xiàn)在已從原先的每公斤40美元漲價(jià)到60——70美元。磷酸鋰鐵粉體依品質(zhì)好壞，每公斤售價(jià)在30——60美元。

鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。鋰離子電池使用一個(gè)嵌入的鋰化合物作為一個(gè)電極材料。電池包含兩個(gè)電極，一端為陰極，另一端為陽(yáng)極。在鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通常有由鈷酸鋰制成的陰極和由石墨制成的陽(yáng)極。在充電和放電時(shí)，鋰離子在這兩個(gè)電極之間來(lái)回流動(dòng)。

近20年來(lái)，各國(guó)產(chǎn)學(xué)界投入大量的研發(fā)人力與資源，不斷尋找能夠取代或解決LiCoO2問(wèn)題的新材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球電池市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)規(guī)?？偭棵磕旮哌_(dá)500億美元。隨著對(duì)安全、高效和強(qiáng)大能量存儲(chǔ)的需求不斷增長(zhǎng)，對(duì)可充電鋰離子電池有希望的替代品的呼吁在不斷增長(zhǎng)。

如果研究人員僅僅用鈷酸鉀代替鈷酸鋰，電池的性能就會(huì)下降。鉀是一種較大和較重的元素，能量密度較低。但是，研究人員通過(guò)也用金屬鉀代替石墨陽(yáng)極來(lái)提高鉀的性能。倫斯勒理工學(xué)院的機(jī)械、特種航天和核工程系教授、論文的主要作者尼克·科拉特卡（NikhilKoratkar）表示：“就性能而言，這樣的鉀金屬電池可以與傳統(tǒng)的鋰離子電池媲美?！?/p>

鉀既便宜又豐富，往往易于使用，這意味著制造成本和材料成本都較低。使用全鉀金屬陽(yáng)極，可以制造出與鋰所提供的能量密度相匹配的電池。

而且到目前為止，鋰電池中也存在一個(gè)問(wèn)題：枝晶生長(zhǎng)。當(dāng)電池經(jīng)歷重復(fù)的充電和放電循環(huán)時(shí)，由于鉀金屬的不均勻沉積而形成枝晶。金屬鉀的團(tuán)聚體會(huì)隨著時(shí)間變長(zhǎng)且?guī)缀醭史种?，逐漸形成了少量的枝晶（一種樹(shù)狀晶體），最終它們長(zhǎng)到足以刺穿將陽(yáng)極與陰極隔開(kāi)的絕緣膜，并使電池短路。這會(huì)導(dǎo)致熱量積聚并偶爾起火，并有效縮短電池的使用壽命。

現(xiàn)在，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院和其它大學(xué)研究人員組成的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，制造出了一種性能與鋰離子電池相當(dāng)?shù)慕饘匐姵?，但使用的是?lái)源更為豐富、價(jià)格更為便宜的元素鉀。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在最近一期的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

王教授與其它研究人員探索了如何解決該問(wèn)題的方法以滿足實(shí)際需要。通過(guò)以相對(duì)較高的充電和放電速率操作電池，可以以可控的方式升高電池內(nèi)部的溫度，并促使樹(shù)枝狀晶體自陽(yáng)極自愈。雖然電池內(nèi)的溫度升高不會(huì)熔化鉀金屬，但它確實(shí)有助于激活表面擴(kuò)散，因此鉀原子橫向移離它們形成的“堆”有效地消除了枝晶。

該技術(shù)聽(tīng)起來(lái)很奇怪，因?yàn)樗举|(zhì)上是高速率的充電和放電。研究人員表示，通過(guò)在受控環(huán)境下進(jìn)行操作，他們可以精確控制電池中的熱量，將熱量提高到鉀不熔化的程度，但它會(huì)激活表面擴(kuò)散，從而使金屬向側(cè)面偏移。相同的研究團(tuán)隊(duì)在2018年證明了對(duì)鋰電池中的樹(shù)狀晶體具有類(lèi)似的自愈能力，但需要更高的溫度。

“采用這種方法的想法是，在夜間或每當(dāng)您不使用電池時(shí)，您將擁有一個(gè)電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將利用這種局部熱量，從而導(dǎo)致樹(shù)狀晶體自愈?！毖芯恐饕髡摺⑷仕估麪柪砉ご髮W(xué)的機(jī)械、特種航天和核工程專(zhuān)業(yè)教授NikhilKoratkar表示：“我希望看到一種模式向金屬電池轉(zhuǎn)移。金屬電池是制造電池的最有效方法；但是，由于這種枝晶問(wèn)題，它們并不可行。有了鉀，我將對(duì)此抱有更大的希望?！?/p>