國際能源署稱，可再生能源規(guī)模將在今后5年擴大50%。其中，大部分風能和太陽能需要儲存。但不斷增長的電動汽車市場可能不會留下足夠的鋰和鈷用于制造鋰離子電網(wǎng)儲能電池。一些電池研究人員正在重新審視鋰長期被忽視的表親——鉀在電網(wǎng)存儲方面的應用。鉀儲量豐富，價格低廉，理論上可以制造大容量電池。但是這方面的研究工作一直落后于鋰和鈉電池。不過，鉀電池可以很快趕上來，在東京理科大學負責鉀離子電池研究的駒場信一（Shinichi Komaba）教授說：“雖然鉀電池的開發(fā)僅進行了5年，但我相信它已經(jīng)可以與鈉離子電池一爭高下，并預計可以與鋰電池相媲美，甚至超過它?！睔v史上，人們一直在回避鉀，因為這種金屬非?；钴S和危險，不易操控。另外，很難找到能夠容納鉀離子的電極材料。然而，過去5年里，一系列報告詳細介紹了有望成功的陰極備選材料。其中領先的是鐵基化合物，其晶體結(jié)構(gòu)類似于普魯士藍粒子，具有廣闊的空間填充鉀離子。鋰離子電池共同發(fā)明者、2019年諾貝爾化學獎獲得者約翰?古迪納夫帶領的得州大學奧斯汀分校團隊報告，普魯士藍陰極具有高達510瓦時/千克的能量密度，可與今天的鋰電池相媲美。但普魯士藍并不完美?！皢栴}是我們不清楚材料中的含水量對能量密度的影響?！眲趥愃共死麌覍嶒炇业牟牧峡茖W家哈吉奧姆?金（Haegyeom Kim）說，“另一個問題是，很難控制它的化學成分。”哈吉奧姆?金教授寄希望于聚陰離子化合物，這種化合物由在元素周期表中任意挑出的幾種元素與鉀結(jié)合而成。氟磷酸釩鉀似乎有很大希望。哈吉奧姆?金和他的同事利用這種化合物研制出的陰極，能量密度達到450瓦時/千克。其他研究人員還在研究用有機化合物制作陰極，其成本低于無機化合物，而且其化學鍵可以拉伸，更容易接受鉀離子。雖然古迪納夫教授認為鉀有希望，但與他共同發(fā)明鋰電池、同獲諾貝爾獎的紐約州立大學賓漢姆頓分?；瘜W系教授M.斯坦利?惠廷漢姆（M. Stanley Whittingham）并不認同。“這只是科學好奇心。”他說，“沒有一家初創(chuàng)企業(yè)在研究鉀電池?！被萃h姆教授表示，鉀并不是一項實用技術，因為鉀既重又活潑。而且鉀的熔點比鋰和鈉低，很容易引起反應，造成熱失控。印第安納州普渡大學西拉法葉分校的化學工程系教授維拉斯?波爾（Vilas Pol）表示，這些擔心是合理的。但他指出，在電池中來回穿梭的是鉀離子，并非活躍的鉀金屬。電極上特殊的粘合劑可以控制放熱反應。東京理科大學的駒場信一教授表示，研制合適的電解液是保證電池壽命和安全性的關鍵。

一般的電解液含有易燃溶劑，與鉀活性反應結(jié)合時會很危險。選擇合適的溶劑、鉀鹽、鹽濃度和添加劑可防止起火。駒場信一的團隊利用氟化鉀鹽、含有更少溶劑的超濃縮電解液，以及不使用溶劑的離子液體電解質(zhì)制作電解液。2020年1月，材料科學家郭再萍和她在澳大利亞伍倫貢大學的團隊報告了一種適用于鉀電池的不易燃電解液。他們向溶劑添加了一種阻燃劑。鉀電池的熱衷者指出，這項技術還處于初級階段。它不會達到鋰電池的高能量密度，也不適合電動汽車。但對于巨大的電網(wǎng)電池來說，低成本低廉的鉀也許會占上風?！扳涬x子（電池）本可以更早應用，但之前根本不需要（它們），”波爾教授說，“鋰現(xiàn)在不夠了?！弊罱K，整體要與各個部分一樣好?，F(xiàn)在的大部分研究集中在電極和電解液材料上。把它們放在一個電池芯中，大約充電100次，能量密度就會下降；而實際上電池需要承受幾百次充電?！靶枰恍r間來解決電解液、陰極和陽極的精準組合問題?！辈柦淌谡f，“鉀電池可能還需要15年才能進入市場?！?/p>

責任編輯:pj