钾电池或成锂电池的替代方案收藏

   从手机到电动汽车，再到太阳电储能电池，锂离子电池都是目前最主要的技术，但由于锂价格昂贵，在环境方面存在重大问题，并且可能存在起火隐患，因此各行业对可充电锂离子电池的替代品呼吁也在不断增长，外媒New Atlas报道称其他替代方案也开始逐渐出现，而实际上颇具希望的替代方案可能是钾电池。

   仁斯利尔理工大学（Rensselaer Polytechnic Institute，简称RPI）的研究人员日前在《美国国家科学院院刊》上发表的研究报告中证明了他们如何克服名为树突的持久性挑战，从而制造出性能与锂离子电池差不多但依赖于钾的金属电池。

   钾既便宜又丰富，往往易于使用，这意味着制造成本和材料成本都较低使用全钾金属阳极，可以制造出与锂所提供的能量密度相匹配的电池    电池包含两个电极-一端为阴极，另一端为阳极如果要查看锂离子电池的内部结构，通常会发现由钴酸锂制成的阴极和由石墨制成的阳极。

在充电和放电期间，锂离子在这两个电极之间来回流动    到目前为止，锂电池中也存在一个问题：枝晶生长随着时间的流逝，随着电池一次又一次地充电和放电，少量金属（醚锂或钾）开始将自身附着到阳极上这不是均匀发生的。

逐渐形成了少量的枝晶（一种树状晶体），最终它们长到足以刺穿将阳极与阴极隔开的绝缘膜，并使电池短路这会导致热量积聚并偶尔起火，并有效缩短电池的使用寿命

   在这种情况下，如果研究人员仅用钴酸钾代替钴酸锂，性能就会下降钾是一种较大和较重的元素，因此能量密度较低相反，RPI团队希望通过也用金属钾代替石墨阳极来提高钾的性能    RPI的机械，航空航天和核工程专业教授，本文的主要作者Nikhil Koratkar说：“就性能而言，它可以与传统的锂离子电池媲美。

”    尽管金属电池显示出了巨大的希望，但传统上它们也受到阳极上金属沉积物(称为树枝状晶体)堆积的困扰当电池经历重复的充电和放电循环时，由于钾金属的不均匀沉积而形成枝晶问题Koratkar解释说，随着时间的流逝，金属钾的团聚体变长且几乎呈分支状。

   如果它们长得太长，它们最终将刺穿绝缘膜隔板，以防止电极相互接触并使电池短路。电池短路时会产生热量，并有可能使设备中的有机电解质着火。

   在本文中，Koratkar及其团队(包括Rensselaer的博士生Prateek Hundekar和马里兰大学的研究人员，包括化学和生物分子工程学教授Wang Chunsheng在内)解释了他们如何解决该问题的方法供实际消费者使用。

通过以相对较高的充电和放电速率操作电池，它们可以以可控的方式升高电池内部的温度，并促使树枝状晶体自阳极自愈    Koratkar将自我修复过程与暴风雨结束后一堆雪发生的情况进行了比较风和阳光有助于将薄片从雪堆中移出，缩小其大小并最终使其平整。

   以类似的方式，虽然电池内的温度升高不会熔化钾金属，但它确实有助于激活表面扩散，因此钾原子横向移离它们形成的“堆”，从而有效地消除了枝晶    Koratkar说：“采用这种方法的想法是，在晚上或每当不使用电池时，您将拥有一个电池管理系统，该系统将利用这种局部热量，从而导致树枝状晶体自愈。

”    Koratkar和他的团队先前展示了一种类似的锂金属电池自愈方法，但是他们发现钾金属电池需要更少的热量来完成自愈过程Koratkar说，这一令人鼓舞的发现意味着，钾金属电池可能会更加高效，安全和实用。

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