國(guó)際能源署稱(chēng)，可再生能源規(guī)模將在今后5年擴(kuò)大50%。其中，大部分風(fēng)能和太陽(yáng)能需要儲(chǔ)存。但不斷增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)可能不會(huì)留下足夠的鋰和鈷用于制造鋰離子電網(wǎng)儲(chǔ)能電池。一些電池研究人員正在重新審視鋰長(zhǎng)期被忽視的表親——鉀在電網(wǎng)存儲(chǔ)方面的應(yīng)用。鉀儲(chǔ)量豐富，價(jià)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(guò)，鉀電池可以很快趕上來(lái)，在東京理科大學(xué)負(fù)責(zé)鉀離子電池研究的駒場(chǎng)信一（Shinichi Komaba）教授說(shuō)：“雖然鉀電池的開(kāi)發(fā)僅進(jìn)行了5年，但我相信它已經(jīng)可以與鈉離子電池一爭(zhēng)高下，并預(yù)計(jì)可以與鋰電池相媲美，甚至超過(guò)它。”歷史上，人們一直在回避鉀，因?yàn)檫@種金屬非常活躍和危險(xiǎn)，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(guò)去5年里，一系列報(bào)告詳細(xì)介紹了有望成功的陰極備選材料。其中領(lǐng)先的是鐵基化合物，其晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于普魯士藍(lán)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(xué)獎(jiǎng)獲得者約翰?古迪納夫帶領(lǐng)的得州大學(xué)奧斯汀分校團(tuán)隊(duì)報(bào)告，普魯士藍(lán)陰極具有高達(dá)510瓦時(shí)/千克的能量密度，可與今天的鋰電池相媲美。但普魯士藍(lán)并不完美。“問(wèn)題是我們不清楚材料中的含水量對(duì)能量密度的影響。”勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家哈吉奧姆?金（Haegyeom Kim）說(shuō)，“另一個(gè)問(wèn)題是，很難控制它的化學(xué)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(dá)到450瓦時(shí)/千克。其他研究人員還在研究用有機(jī)化合物制作陰極，其成本低于無(wú)機(jī)化合物，而且其化學(xué)鍵可以拉伸，更容易接受鉀離子。雖然古迪納夫教授認(rèn)為鉀有希望，但與他共同發(fā)明鋰電池、同獲諾貝爾獎(jiǎng)的紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校化學(xué)系教授M.斯坦利?惠廷漢姆（M. Stanley Whittingham）并不認(rèn)同。“這只是科學(xué)好奇心。”他說(shuō)，“沒(méi)有一家初創(chuàng)企業(yè)在研究鉀電池。”惠廷漢姆教授表示，鉀并不是一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，因?yàn)殁浖戎赜只顫姟６意浀娜埸c(diǎn)比鋰和鈉低，很容易引起反應(yīng)，造成熱失控。印第安納州普渡大學(xué)西拉法葉分校的化學(xué)工程系教授維拉斯?波爾（Vilas Pol）表示，這些擔(dān)心是合理的。但他指出，在電池中來(lái)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(yīng)。東京理科大學(xué)的駒場(chǎng)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(guān)鍵。

一般的電解液含有易燃溶劑，與鉀活性反應(yīng)結(jié)合時(shí)會(huì)很危險(xiǎn)。選擇合適的溶劑、鉀鹽、鹽濃度和添加劑可防止起火。駒場(chǎng)信一的團(tuán)隊(duì)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(xué)家郭再萍和她在澳大利亞伍倫貢大學(xué)的團(tuán)隊(duì)報(bào)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(xiàng)技術(shù)還處于初級(jí)階段。它不會(huì)達(dá)到鋰電池的高能量密度，也不適合電動(dòng)汽車(chē)。但對(duì)于巨大的電網(wǎng)電池來(lái)說(shuō)，低成本低廉的鉀也許會(huì)占上風(fēng)。“鉀離子（電池）本可以更早應(yīng)用，但之前根本不需要（它們），”波爾教授說(shuō)，“鋰現(xiàn)在不夠了。”最終，整體要與各個(gè)部分一樣好。現(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(gè)電池芯中，大約充電100次，能量密度就會(huì)下降；而實(shí)際上電池需要承受幾百次充電。“需要一些時(shí)間來(lái)解決電解液、陰極和陽(yáng)極的精準(zhǔn)組合問(wèn)題。”波爾教授說(shuō)，“鉀電池可能還需要15年才能進(jìn)入市場(chǎng)。”

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