美國科學家開發「鉀電池」:成本比鋰電池低,還會自我修復延長使用壽命

此為 BMW 電動車上的鋰電池模組。未來鋰電池是否會被鉀電池取代?

【為什麼我們要挑選這篇文章】鋰電池是電動車、再生能源發展的關鍵,然而鋰金屬在地殼的含量稀少,原料成本高,而且鋰電池還會長「晶枝」,導致電池短路,降低使用壽命。近日,美國科學家開發出「鉀電池」,不但成本降低,也能夠自我修復,避免晶枝的問題。若鉀電池的能量密度也能夠媲美鋰電池,那它將是未來電池的可行方案。(責任編輯:郭家宏)

鋰電池在儲能領域一直都處在龍頭地位,從手機到太陽能,再到電動車等,都能見到鋰電池的應用。不過,隨著安全、高效和強大能量儲存的需求不斷增長,科學家也持續在尋找鋰電池的替代品,如今美國科學家發現了更便宜且地殼(原料)含量更豐富的鉀電池。

鋰電池會長出「晶枝」,導致電池短路降低壽命

鉀在地殼中約有 2.09% 的含量,且製造成本與材料的成本都比鋰還低,美國壬色列理工學院(RPI)的研究團隊期望透過使用全鉀金屬陽極,來創造出一種性能與鋰離子電池差不多的金屬電池,並具備更高的容量,RPI 鉀金屬研究論文的主要作者 Nikhil Koratkar 表示:「就性能而言,它可以與傳統的鋰離子電池媲美。」

到目前為止,鋰電池仍存在著晶枝生長的問題,隨著電池一次又一次地充電和放電,少量金屬(醚鋰或鉀)開始附著到陽極上,逐漸形成了很少的尖刺樹枝狀的鋰晶枝,最終將長到足以刺穿將陽極與陰極隔開的絕緣膜,從而使電池短路,縮短電池使用壽命。

鉀電池也會長晶枝,但能夠透過升溫自我消除

儘管鉀電池也存在晶枝生長地問題,RPI 團隊研發出了自我修復的技術,能更讓電池在充電一整晚後,自動清除掉陽極上面的晶枝,防止過度生長。論文指出,在受控制的環境下,電池中的溫度提高到恰好的溫度,就能讓鉀金屬不會熔化,但又能在表面擴散,使樹枝狀的晶枝均勻消散。

Koratkar 將這種自我修復過程用暴風雨結束後的雪堆來進行解釋,他表示,這就像是雪堆在風的吹散和陽光的照耀下,最終會縮小並變得平整。

「採用這種方法,想法是在不使用電池時,可以開啟一個電池管理系統,該系統將提升局部的熱量,從而讓樹枝狀晶體消弭。」Koratkar 說道。

RPI 團隊也發現,相對於鋰電池,鉀電池需要更少的熱量來完成自我修復過程。Koratkar 表示,這一令人鼓舞的發現意味著,鉀電池可能會更加高效、安全和實用。團隊也認為,這種低價且長壽的鉀電池很可能在未來投入商業化。

(本文經合作夥伴 鉅亨網 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈〈鉅亨看世界〉 鋰電池將被鉀電池取代?〉。首圖來源:Wikimedia Commons

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