（文章來(lái)源：老胡說(shuō)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(diǎn)：它最終會(huì)報(bào)廢掉，而且鋰很稀缺，開(kāi)采它對(duì)環(huán)境很不利，有時(shí)還會(huì)爆炸。然而，絕大多數(shù)的消費(fèi)電子產(chǎn)品和清潔能源存儲(chǔ)設(shè)備都依賴于鋰離子電池，因?yàn)槟壳皼](méi)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(guó)國(guó)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(xiàng)突破。鉀離子電池被認(rèn)為是鋰離子電池的最佳潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之一，因?yàn)殁涬x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?jī)?chǔ)存來(lái)源是非常不現(xiàn)實(shí)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(shuō)。以前的鉀電池性能不如鋰離子電池，但他的團(tuán)隊(duì)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(jiǎn)單回顧一下電池的工作原理：電池是一個(gè)獨(dú)立的化學(xué)反應(yīng)，由兩個(gè)電極組成——正極(陰極)和負(fù)極(陽(yáng)極)——中間夾著一種叫做電解質(zhì)的物質(zhì)。我們所說(shuō)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(dòng)發(fā)生的電路。

兩個(gè)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(duì)。鋰很輕，而且特別擅長(zhǎng)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(shí)，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(guò)制造鉀的正極和負(fù)極來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這種鉀金屬電池可以與商業(yè)鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)。但是，還有一個(gè)難題——其他試圖完善鉀電池的研究人員以前也遇到過(guò)。任何金屬電池的‘致命弱點(diǎn)’在于尖銳的金屬突起(稱為樹(shù)突)的進(jìn)化和生長(zhǎng)，這種突起會(huì)使電池短路并導(dǎo)致火災(zāi)。”“這些樹(shù)突就像混凝土中伸出的堅(jiān)硬雜草。如果他們突破了電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，爆炸就會(huì)隨之而來(lái)。

這就是該團(tuán)隊(duì)取得突破的地方。研究人員并沒(méi)有與樹(shù)突的形成作斗爭(zhēng)，而是找到了一種簡(jiǎn)單地?zé)羲鼈兊姆椒ā麄兎Q之為“自我愈合”的過(guò)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(huì)將鋰離子電池從寶座上趕下來(lái)。當(dāng)然，自熱電池有很多潛在的問(wèn)題，但研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，至少在小電池測(cè)試中，它可以通過(guò)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(wèn)題，研究小組計(jì)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(fèi)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(dòng)汽車；此外，它們還可以提供一種儲(chǔ)存來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)能等綠色能源的方法。對(duì)這些前景的興奮似乎反映在這項(xiàng)研究中，俄羅斯、澳大利亞和日本的科學(xué)家在過(guò)去幾個(gè)月里發(fā)表了關(guān)于鉀離子電池的論文。

對(duì)其他替代品的研究也在進(jìn)行中。根據(jù)它們?cè)谠刂芷诒砩纤鶎俚慕饘偌易澹ɡ乜ù笾聦⑺鼈兎譃閮山M。鋅和鈉一樣，是另一種廉價(jià)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）