锂电池的地位即将不保，看新电池技术的突破

（文章来源：老胡说科学）

很有可能，如果你有一部智能手机或笔记本电脑，你的大部分生活都围绕着锂离子电池。你可能知道这种电池的缺点：它最终会报废掉，而且锂很稀缺，开采它对环境很不利，有时还会爆炸。然而，绝大多数的消费电子产品和清洁能源存储设备都依赖于锂离子电池，因为目前没有更好的选择。

科学家们正在努力寻找其他的选择。上周，发表在《美国国家科学院院刊》杂志上的一篇论文描述了在制造钾离子电池方面取得的一项突破。钾离子电池被认为是锂离子电池的最佳潜在竞争对手之一，因为钾离子电池比锂离子电池自然含量要丰富得多，而且只要克服一些障碍，电池的性能也可以与锂离子电池相媲美。

“地壳中锂的不均匀分布和稀缺使得依赖锂离子电池作为唯一的能量储存来源是非常不现实和不经济的，”该研究的合著者、伦斯勒理工学院机械工程教授说。以前的钾电池性能不如锂离子电池，但他的团队现在找到了一种方法，可以安全地提供更多的电量。

首先，简单回顾一下电池的工作原理：电池是一个独立的化学反应，由两个电极组成——正极(阴极)和负极(阳极)——中间夹着一种叫做电解质的物质。我们所说的“功率”是指从负极流向正极的电子流。将电池连接到设备上并接通电源，就完成了允许这种流动发生的电路。

两个电极的化学组成是关键。在锂离子电池中，正极由锂化合物制成，并与石墨制成的负极配对。锂很轻，而且特别擅长释放电子供石墨捕获，这就是它表现如此出色的原因。在钾电池中，正极是由钾元素构成的。但由于钾的重量和自然的能量密度较低，当它与通常的基于石墨烯的负极相结合时，表现就不那么好了。

试图制造钾离子电池的研究人员发现，他们可以通过制造钾的正极和负极来解决这个问题。这种钾金属电池可以与商业锂离子电池竞争。但是，还有一个难题——其他试图完善钾电池的研究人员以前也遇到过。任何金属电池的‘致命弱点’在于尖锐的金属突起(称为树突)的进化和生长，这种突起会使电池短路并导致火灾。”“这些树突就像混凝土中伸出的坚硬杂草。如果他们突破了电池内部的结构，爆炸就会随之而来。

这就是该团队取得突破的地方。研究人员并没有与树突的形成作斗争，而是找到了一种简单地烧掉它们的方法——他们称之为“自我愈合”的过程。自我修复类似于定期加热。研究人员发现在这种类型的修复中，钾比锂更容易被接受。

如果其他研究人员能够复制这一壮举，钾电池或许有机会将锂离子电池从宝座上赶下来。当然，自热电池有很多潜在的问题，但研究团队已经证明，至少在小电池测试中，它可以通过控制的方式安全运行。为了进一步解决安全性和规模化问题，研究小组计划尝试在更大的工业规模电池中复制这些结果。

钾离子电池的潜力是巨大的：它们不仅可以使消费电子产品的供电更加经济，而且可以为更大的设备供电，比如电动汽车；此外，它们还可以提供一种储存来自太阳能和风能等绿色能源的方法。对这些前景的兴奋似乎反映在这项研究中，俄罗斯、澳大利亚和日本的科学家在过去几个月里发表了关于钾离子电池的论文。

对其他替代品的研究也在进行中。根据它们在元素周期表上所属的金属家族，卡拉特卡大致将它们分为两组。锌和钠一样，是另一种廉价金属，前景看好(也引起了投资者的兴趣)。最终，可能不是一种电池——而是一系列替代电池——能取代锂离子电池的垄断地位。
（责任编辑：fqj）