忽略鉀離子電池?

為了獲得最高的能量密度，周期表左上角的金屬鋰成為二次電池的首選。其極負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(-3.04v)是指電池與正極組接觸后具有高電壓輸出。鋰是最輕的金屬，這意味著它有更高的克容量。能量=比容量×電壓，因此鋰離子電池的能量密度幾乎是目前電池中最高的。鋰離子電池也有體積小的優(yōu)勢。因此，上世紀(jì)90年代的工業(yè)化迅速改變了智能手機、相機、筆記本電腦和電動汽車的類別。

然而，鋰離子電池的發(fā)展似乎遇到了瓶頸，能量密度上升緩慢，成本下降緩慢，快速充電、溫度規(guī)劃的習(xí)慣、更大的規(guī)劃布局(電動汽車、儲能)和資源豐富正面對挑戰(zhàn)。所以人們一直在尋找一種新的二次電池技術(shù)來彌補鋰、鈉的不足，而大量充電的鎂、鋅、鋁現(xiàn)在都是重要的研究方向。

高價格,然而,鎂,鋅,鋁離子二次電池的研究有很高的難度,其高價格和半徑小于鋰緊密與陰離子吸附和困難在家里嵌入和晶體結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),和其強大的溶解效果在嵌入過程中電解質(zhì)離子通道也很難去溶劑化,所以它非常緩慢。鈉鋰儲量的近1000倍,自然保護區(qū)附近和鋰的發(fā)展可以借鑒的鋰離子電池技術(shù)和信息系統(tǒng),將供應(yīng)最所有的電池系統(tǒng),國內(nèi)外有關(guān)工程試點的發(fā)展已經(jīng)取得了一些進(jìn)展,被許多人尤其是固定存儲類別可能供應(yīng)強大的解決方法(能量密度略低于鋰電)。

鈉離子和鉀離子與鋰離子的豐度較高有關(guān)

但在學(xué)術(shù)界受到更多關(guān)注的鈉離子電池的案例中，alkali兄弟之一的鉀離子電池受到的關(guān)注要少得多。盡管作為重要組元素類似于鈉和鉀有類似的儲備,但鈉鉀之間,前者似乎更加有前途,鈉鋰離子和離子半徑是否更接近(鉀離子半徑和質(zhì)量更大),更重要的是希望有很多信息系統(tǒng)直接把鋰離子電池的發(fā)展的影響,假如鈉離子電池的低成本工業(yè)化,也不遠(yuǎn)的儲備,但在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能量密度相同的情況下，將鉀離子電池變得幾乎沒有必要(但在實踐中這種情況下不必設(shè)置，以后解釋)。但最近對鈉離子電池和鉀離子電池的實驗表明，鉀離子的沖擊可能被它的一些獨特優(yōu)勢所彌補。

(1)氧化還原電位。作為第一主族元素，三個電極的電位不符合我們一般的猜測，不是從上到下越來越負(fù)(即簡單地失去電子)。鋰-3.04V。鈉-2.71V。K-2.93V因為電池的電壓等于正負(fù)電極之間的電位差,鈉離子電池鈉組成的數(shù)據(jù)與負(fù)電極電位并不那么負(fù)面往往有低電壓,而鋰、鉀的潛力更相似。因此，在高壓方面，鉀離子電池有望具有與鋰離子電池相同的優(yōu)勢。

(2)石墨陰極包埋。石墨作為鋰離子電池的頂部陰極材料,它應(yīng)該復(fù)制到鈉和鉀離子電池陰極,但是測試結(jié)果表明,鈉離子不能嵌入石墨層,現(xiàn)在鈉離子電池陰極材料,硬碳是一個重要發(fā)展方向,但其功能并不能讓人十分滿意,而且價格高于石墨。令人驚訝的是，更大半徑的鉀離子可以嵌入石墨中，供應(yīng)約250mAh/g的比容量[1,2]。鋰和鉀更相似。

堿金屬離子在石墨中的充放電曲線不同于硬碳石墨陽極的充放電曲線。(a)鋰離子和銅離子收集液;(b)鈉離子、鋁收集液;(c)鉀離子、集銅液;(d)鉀離子、鋁收集。