大规模储能的重要“候选者”：潜在的锂竞争对手

澳大利亚卧龙岗大学的科学家团队表示，基于钾的电池技术可能是储存可再生能源的关键。目前锂离子电池由于其高能量密度而被广泛使用，但是，由于锂是相对稀有的元素，因此采矿成本使得它们昂贵。

作为一种替代方案，钾是地球上最丰富的元素之一，可以成为大规模储能的基础，“ 科学进展 ”杂志的一篇评论文章的作者之一的Zaiping Guo说。

“钾是可充电的，具有巨大的潜力，理论上与锂相比，性能更便宜，”她说。

2017年全球锂电池市场价值 250亿美元，受到需要低重量储能技术的推动，如电动汽车和电子设备。

钾电池不太可能达到相同的能量密度，因为它是比锂更重的原子。然而，它可能成为固定的大规模储存方法，与间歇性可再生能源相结合。

为了一个更可持续发展的社会，我们需要储能设备，”郭说

与其他存储选项相比，例如超级电容器或燃料电池，电池是最成熟和最容易应用的。”

即便如此，她估计需要10到20年才能使钾基技术成熟到足以缩小锂的差距。

制造高效钾电池的主要障碍之一是大钾离子通过固体电极的缓慢移动。

其次，当离子在电反应期间进入电极时，它们的尺寸使电极膨胀，然后当电池完成充电并开始放电时发生逆反应时再次收缩。

开发一种可以在如此重复的尺寸变化中存活的电极材料是一项挑战，但该团队指出纳米技术可以提供答案。

类似于葡萄串的纳米粒子簇可以承受反复的尺寸变化。具有高表面积的纳米结构还可以消除钾离子深入电极的需要：各种研究人员已经研究了具有大表面积的结构。

该结构具有诸如纳米管，纳米纤维甚至纳米糖的名称。

为了使情况复杂化，钾很容易受到其他不太受欢迎的反应，纳米材料实际上可以促进反应。然而，仔细选择用于电极的材料可以帮助控制这些不需要的过程，例如通过向碳混合物中添加氟，氧，硼或硫的原子。

不需要的反应也是电解质中的问题 - 导电溶液允许钾离子在两个电极之间流动。例如，钾可以沉积到称为枝晶的复杂树状晶体中，这可能导致电池内的短路。

郭指出，溶剂的选择和添加剂的使用可以解决这些反应。但这是一种平衡，因为最有效的溶剂是有机溶剂，因此易燃。随着钾电池变热的趋势，这是一个需要考虑的安全问题。

作者说，强大的计算机建模的出现将有助于解决这些问题。虽然存在许多障碍，但他们的结论是钾电池技术“正在成为大规模储能的重要候选者”。