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鉀驅(qū)動(dòng)可充電電池：致力于實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境
時(shí)間:2020-02-07 10:08來源:綠色消費(fèi)網(wǎng) 作者:綜合報(bào)道
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最近，對(duì)鋰和其他材料稀缺的擔(dān)憂使現(xiàn)在無處不在的鋰離子電池受到驅(qū)使，許多研究人員開始尋找鈉和鉀等替代品。
日本東京理科大學(xué)的Shinichi Komaba教授及其團(tuán)隊(duì)在此主題上工作了十多年。在他最新的評(píng)論文章中，他廣泛討論了他對(duì)鉀離子電池的最新進(jìn)展，前景和局限性的發(fā)現(xiàn)。
沒有可充電電池，我們的現(xiàn)代生活方式將大為不同。由于其低成本，可回收的技術(shù)，這些電池被用于大多數(shù)便攜式電子設(shè)備，電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛以及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。為什么不呢?
它們?yōu)槿虿粩嘣鲩L(zhǎng)的能源需求提供了一種優(yōu)雅的解決方案。此外，可充電電池是收集風(fēng)和陽光等可再生能源的系統(tǒng)中的必不可少的工具，因?yàn)檫@些資源會(huì)隨天氣變化很大。可充電電池使我們可以存儲(chǔ)所產(chǎn)生的電能，并根據(jù)需要進(jìn)行分配。因此，毫不奇怪，全球研究人員一直致力于改進(jìn)可充電電池，以此作為開發(fā)可持續(xù)能源的一步。
自商業(yè)化以來，鋰離子電池(LIB)因其出色的性能而成為可充電電池。但是，隨著需求的激增，再加上地殼中鋰和鈷(LIB的另一個(gè)必要元素)的有限供應(yīng)，使用LIB可能很快就會(huì)成為一個(gè)主要問題。
這就是為什么東京科學(xué)大學(xué)的一組科學(xué)家由小林伸一(Shinichi Komaba)教授決定走較少的路的原因：他們專注于用鈉和鉀等更好的替代品替代可消耗元素鋰。鈉和鉀在元素周期表中屬于相同的堿金屬基團(tuán)，因此它們的化學(xué)性質(zhì)非常相似。但是，與鋰不同，這些元素在地球上廣泛存在，使用它們開發(fā)高性能可充電電池將是創(chuàng)建更可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)的突破。
2014年，Komaba教授與獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的M. Stanley Whittingham教授一起分析了鈉離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀，并發(fā)表 了他的評(píng)估報(bào)告作為評(píng)論。這項(xiàng)研究被廣泛引用，僅在過去5年中就被引用了2000多次。
然后，Komaba教授及其團(tuán)隊(duì)探索了鋰離子電池，鉀離子電池(KIB)的其他可行替代品，自2015年以來，在某些開創(chuàng)性研究(例如，《自然材料》 于2012年 發(fā)表的一項(xiàng)研究) 之后，鉀離子電池已逐漸成為廣泛研究的重點(diǎn)，其中由Komaba小組負(fù)責(zé)。在電池中使用鉀是有希望的，因?yàn)樗鼈冿@示出與LIB相當(dāng)?shù)男阅?甚至更好)。
而且，構(gòu)建KIB所需的材料全部無毒，并且比LIB所需的材料豐富得多。Komaba教授指出：“通過研究用于鋰，鈉，鉀離子電池的新材料，我們希望開發(fā)一種節(jié)能環(huán)保的技術(shù)。”
為了促進(jìn)對(duì)KIBs的進(jìn)一步研究，Komaba教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在《化學(xué)評(píng)論》上發(fā)表的全面評(píng)論中 對(duì)KIBs的工作進(jìn)行了詳盡的分析 。他們的論文涵蓋了與KIBs發(fā)展相關(guān)的一切，從陰極和陽極材料，各種電解質(zhì)和全固態(tài)KIB到電極摻雜和電解質(zhì)添加劑。
此外，該評(píng)論比較了鋰離子，鈉離子和鉀離子電池中使用的不同材料。作為唯一一項(xiàng)全面分析可充電電池多個(gè)方面的研究，它可能證明對(duì)正確的方向引領(lǐng)當(dāng)前和未來的研究人員非常有用。對(duì)于那些有興趣研究此研究主題的人來說，擁有大量有關(guān)KIB的過去研究并將所有獲得的見解濃縮到一篇文章中，具有極大的價(jià)值。
KIB的不斷發(fā)展將有望使這種令人垂涎的LIB替代品的使用增加。“最近的大量研究表明，由于成本，成本效益，高電壓和大功率運(yùn)行等獨(dú)特特性，KIB被認(rèn)為是有前途的下一代電池候選產(chǎn)品。KIBs性能的進(jìn)一步提高將為其實(shí)際應(yīng)用鋪平道路。” Komaba教授解釋說。
但是，對(duì)KIB某些方面(例如其安全性)的研究是有限的，應(yīng)將重點(diǎn)放在對(duì)不同組件和元素之間的物理和化學(xué)作用方面有更多了解。
Komaba教授對(duì)此抱有希望，并總結(jié)說：“對(duì)KIB的研究，包括電極材料，非水/固體電解質(zhì)和添加劑，將為電極反應(yīng)和固體離子提供新的見解，從而開辟了新的策略，可以他的研究小組還專注于超級(jí)電容器和生物燃料電池以及鋰離子電池和鈉離子電池，它們?cè)谖磥淼目沙掷m(xù)發(fā)展社會(huì)中都將發(fā)揮非常重要的作用。
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