美国科学家开发“钾电池”:成本比锂电池低,还会自我修复延长使用寿命

锂电池是电动汽车、再生能源发展的关键,然而锂金属当地壳的含量稀少,原料成本高,而且锂电池还会长“晶枝”,导致电池短路,降低使用寿命。近日,美国科学家开发出“钾电池”,不但成本降低,也能够自我修复,避免晶枝的问题。若钾电池的能量密度也能够媲美锂电池,那它将是未来电池的可行方案。

锂电池在储能领域一直都处在龙头地位,从手机到太阳能,再到电动汽车等,都能见到锂电池的应用。不过,随着安全、高效和强大能量存储的需求不断增长,科学家也持续在寻找锂电池的替代品,如今美国科学家发现了更便宜且地壳(原料)含量更丰富的钾电池。

锂电池会长出“晶枝”,导致电池短路降低寿命

钾当地壳中约有2.09%的含量,且制造成本与材料的成本都比锂还低,美国壬色列理工学院(RPI)的研究团队期望通过使用全钾金属阳极,来创造出一种性能与锂离子电池差不多的金属电池,并具备更高的容量,RPI钾金属研究论文的主要作者Nikhil Koratkar表示:“就性能而言,它可以与传统的锂离子电池媲美。”

到目前为止,锂电池仍存在着晶枝生长的问题,随着电池一次又一次地充电和放电,少量金属(醚锂或钾)开始附着到阳极上,逐渐形成了很少的尖刺树枝状的锂晶枝,最终将长到足以刺穿将阳极与阴极隔开的绝缘膜,从而使电池短路,缩短电池使用寿命。

钾电池也会长晶枝,但能够通过升温自我消除

尽管钾电池也存在晶枝生长地问题,RPI团队研发出了自我修复的技术,能更让电池在充电一整晚后,自动清除掉阳极上面的晶枝,防止过度生长。论文指出,在受控制的环境下,电池中的温度提高到恰好的温度,就能让钾金属不会熔化,但又能在表面扩散,使树枝状的晶枝均匀消散。

Koratkar将这种自我修复过程用暴风雨结束后的雪堆来进行解释,他表示,这就像是雪堆在风的吹散和阳光的照耀下,最终会缩小并变得平整。

“采用这种方法,想法是在不使用电池时,可以打开一个电池管理系统,该系统将提升局部的热量,从而让树枝状晶体消弭。”Koratkar说道。

RPI团队也发现,相对于锂电池,钾电池需要更少的热量来完成自我修复过程。Koratkar表示,这一令人鼓舞的发现意味着,钾电池可能会更加高效、安全和实用。团队也认为,这种低价且长寿的钾电池很可能在未来投入商业化。

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