钾金属电池能否撼动锂离子电池的主导地位？
手机、太阳能电池，以及电动汽车……人类对电池的依赖程度越来越高。可充电锂离子电池一直是电池行业的主导技术。《美国国家科学院院刊》报道，美国伦斯勒理工学院（RPI）的研究人员开发了一种基于富元素钾的金属电池。这种新型电池可以应对“枝晶”问题，有望与锂离子电池形成竞争。
在锂离子电池内部，有锂钴氧化物制成的阴极和石墨阳极。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间来回流动。如果研究人员简单地用氧化钴钾提点氧化钴锂，可能会导致电池性能显著降低——钾作为一种重质元素，能量密度较低。为此，RPI的研究人员决定用金属钾替代石墨阳极。RPI教授、论文作者Nikhil Koratkar说：“钾金属电池的性能可以与传统锂离子电池相媲美。”
尽管金属电池显示出了巨大潜力，但它们也一直受到阳极金属沉积物（枝晶）的困扰。电池在反复充放电后，金属钾的不均匀沉积导致了枝晶的形成。当枝晶生长到一定程度，有可能会刺穿绝缘隔膜，造成电池短路。当电池短路时，很可能会引发起火事故。
在论文中，Koratkar等介绍了一种以较高充放电速率运行电池，控制电池内部升温，促进电极自愈的方法。Koratkar将这种自修复过程与暴风雪后的雪堆变化进行了类比：风和太阳将雪花从雪堆上移开，雪堆变得越来越小，最后消失。类似的，控制电池的内部升温，使其不足以熔化金属钾，而有助于激活表面扩散，可以使钾原子横移离开“沉积堆”，进而有效地消除枝晶。Koratkar说：“我们的设想是，当用户没有使用电池的时候，电池管理系统利用局部热量使枝晶自修复。”
Koratkar团队之前曾在锂金属电池中测试过类似方法。他们发现，与锂金属电池相比，钾金属电池完成自修复所需的热量少得多。Koratkar表示，这说明钾金属电池可能更安全、实用和有效。他说：“我希望看到金属电池在行业中崛起。此前，枝晶问题曾阻碍了它的发展。现在，钾金属电池的诞生解除了这个‘魔咒’。”
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编译：雷鑫宇
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责编：唐林芳
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊编号：0027-8424
原文链接：
https://techxplore.com/news/2020-03-potassium-metal-battery-emerges-rival.html
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