鋰電池發展遇“瓶頸” 鉀離子電池價值被低估？

為獲得最高的能量密度，位于元素周期表左上方的金屬鋰成為了當今二次電池的第一選擇，其極負的標準電極電位(-3.04V)意味著其與正極組成全電池后，電池具有高的電壓輸出;而鋰金屬是最輕的金屬，這又意味著具有較高的克比容量。能量=比容量×電壓，因此鋰相關電池技術能量密度在現行電池中幾乎是最高的。此外，鋰電池還擁有體積小的優勢。因此其在90年代的產業化后迅速推進了智能手機、相機、筆記本電腦和電動車等諸多范疇的革命性發展。

然而，鋰電池發展到今朝仿佛遇到了一個“瓶頸期”，能量密度提升緩慢，成本下降并不迅速，而且在快充、適應溫度范圍、更大規模部署使用(電動車、儲能)以及資源豐度方面都已經遇到了挑戰。因此人們一直在尋找一種新的二次電池技術彌補鋰電的不足，鈉以及電荷數大的鎂、鋅、鋁金屬子都是目前緊要的研究方向。

然而，高價態鎂、鋅、鋁離子二次電池研究具有很高的難度，其高價態和比鋰還小的半徑使其與陰離子緊密吸附從而在晶體結構中很難自由的嵌入和脫出，且其在電解液中強烈的溶劑化效應使其在嵌入離子通道過程中也很難去溶劑化，因此其發展非常緩慢。鈉元素儲量幾乎是鋰儲量的1000倍、性質與鋰接近使其研發可以借鑒鋰電池的工藝和材料體系，在所有電池體系中最被寄予厚望，國內外在工程中試開發方面已經取得了一些進展，被很多人認為尤其在固定儲能范疇可能供應有力的處理辦法(能量密度略低于鋰電)。

鈉、鉀離子相關于鋰離子豐度更高

然而在鈉離子電池受到學術界廣泛關注的同時，堿金屬兄弟之一——鉀元素受到的關注卻要少的多。雖然同為第一主族元素性質相近且鈉鉀具有相近的儲量，但在鈉鉀之間，前者仿佛更加有希望——畢竟鈉離子與鋰離子半徑上更為接近(鉀離子半徑和質量都更大)，很多材料體系更加有希望筆直參考鋰電池的研發成果，倘若低成本的鈉離子電池能夠產業化，那么具有相似儲量，但是在材料結構相同的前提下能量密度會更低的鉀離子電池就變的幾乎沒有必要(但是實際上這個前提并不一定成立，后面會解釋)。但近期關于鈉離子和鉀離子電池的實驗結果顯示，鉀離子的這一劣勢有可能被其一些神奇優點得以彌補。

(1)氧化還原電位。同為第一主族元素，三者的電極電位并不符合我們一般的常識推斷，不是從上至下越來越負(即容易失去電子)。鋰-3.04V;鈉-2.71V;鉀-2.93V。因為電池的電壓等于正負極的電勢差，因此由負極電位不那么“負”的鈉材料構成的鈉離子電池往往電壓偏低，而鋰和鉀的電位更相近，因此鉀離子電池有望與鋰電池相同，在高電壓這一方面確立優點。

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