俄亥俄州立大學(xué)(OhioStateUniversity)的研究人員聲稱(chēng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出更高效、更可靠的鉀氧電池，這可以為國(guó)家電網(wǎng)的儲(chǔ)能和移動(dòng)電話以及筆記本電腦中更長(zhǎng)久的電池提供潛在的解決方案。在這一項(xiàng)研究中，俄亥俄州的研究人員詳細(xì)介紹了他們的研究結(jié)果重點(diǎn)是電池陰極的構(gòu)造，它將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)在金屬，比如說(shuō)氧氣或其他金屬嵌入至空氣電池中。

該研究的合作者，俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械和特種航天工程教授Vishnu-BabaSundaresan介紹，“如果大家想為電網(wǎng)提供一個(gè)完全可再生的選擇，就需要一種經(jīng)濟(jì)的能源存儲(chǔ)設(shè)備，它可以存儲(chǔ)多余的電力，并在大家沒(méi)有準(zhǔn)備好或沒(méi)有工作的情況下將電力釋放出來(lái)。像這樣的技術(shù)是關(guān)鍵，因?yàn)樗阋耍皇褂萌魏瓮鈦?lái)材料，它可以在任何地方生產(chǎn)來(lái)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。”

然而為了使可再生能源成為一個(gè)地區(qū)能源網(wǎng)的可靠能源，需要有一種方法來(lái)儲(chǔ)存從陽(yáng)光和風(fēng)中收集的多余能源。世界各地的公司、科學(xué)家和政府都在研究存儲(chǔ)解決方案，從鋰離子電池(許多電動(dòng)汽車(chē)的更大版本)，到使用金屬釩制成的大盒子大小的巨型電池。

鉀氧電池(potassium-oxygen)自2013年發(fā)明以來(lái)一直是儲(chǔ)能的潛在替代品。化學(xué)教授YiyingWu領(lǐng)導(dǎo)的俄亥俄州立大學(xué)的一組研究人員表示，電池可以比鋰氧電池更有效同時(shí)存儲(chǔ)大約是現(xiàn)有鋰離子電池的兩倍。但鉀氧電池尚未被廣泛用于儲(chǔ)能，因?yàn)榈侥壳盀橹梗麄冞€沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行充電以達(dá)到成本效益。

當(dāng)研究小組試圖制造出一種鉀氧電池作為一種可行的存儲(chǔ)解決方案時(shí)，他們遇到了一個(gè)障礙，電池每次充電都會(huì)降級(jí)但永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)5或10個(gè)充電周期。之所以發(fā)生這種退化是因?yàn)檠鯕膺M(jìn)入電池的陽(yáng)極，導(dǎo)致陽(yáng)極損壞并使電池本身無(wú)法再充電。

Sundaresan實(shí)驗(yàn)室的博士生PaulGilmore開(kāi)始在陰極中加入聚合物，看看它是否能夠保護(hù)陽(yáng)極不受氧氣的傷害。事實(shí)證明他是對(duì)的，團(tuán)隊(duì)意識(shí)到聚合物的膨脹對(duì)其性能起著至關(guān)重要的作用。Gilmore介紹稱(chēng)，“關(guān)鍵是找到一種方法將氧氣帶入電池但不會(huì)讓氧氣滲入陽(yáng)極。”

據(jù)了解，這種設(shè)計(jì)有點(diǎn)像人肺，空氣通過(guò)纖維碳層進(jìn)入電池然后遇到第二層，這是第二層稍微多孔，最后在第三層結(jié)束，第三層幾乎沒(méi)有多孔。由導(dǎo)電聚合物制成的第三層允許鉀離子穿過(guò)陰極，但限制分子氧進(jìn)入陽(yáng)極。該設(shè)計(jì)意味著電池可以充電至少125次，使鉀氧電池的使用壽命超過(guò)以前使用低成本電解質(zhì)的壽命的12倍。

Sundaresan介紹稱(chēng)，“這一發(fā)現(xiàn)表明這是可能的，但該團(tuán)隊(duì)的測(cè)試還沒(méi)有證明電池可以制造到電網(wǎng)存儲(chǔ)所需的規(guī)模。然而，它確實(shí)顯示了其潛力。”

鉀氧電池也可能存在于其他應(yīng)用中的潛力。Gilmore補(bǔ)充介紹稱(chēng)，“氧氣電池具有更高的能量密度，這意味著它們可以改善電動(dòng)汽車(chē)的范圍和便攜式電子產(chǎn)品的電池壽命，例如，在鉀氧電池可用于這些應(yīng)用之前必須克服其他挑戰(zhàn)。”這一發(fā)現(xiàn)提供了鋰離子電池和其他依賴(lài)鈷的替代品，這種材料被稱(chēng)為“電池的血鉆”。采購(gòu)這種材料令人不安，包括TESLA在內(nèi)的大公司已經(jīng)宣布計(jì)劃完全將其從電池中取出。

Sundaresan稱(chēng)，“用于大規(guī)模應(yīng)用的電池不使用鈷是非常重要的，電池可以廉價(jià)制造也很重要。”鋰氧電池是一種可能的能源存儲(chǔ)解決方案，被廣泛認(rèn)為是最可行的選擇之一，但它可能價(jià)格昂貴，而且許多電池依賴(lài)包括鈷在內(nèi)的稀缺資源。許多電動(dòng)汽車(chē)使用的鋰離子電池，按材料價(jià)格計(jì)算，每千瓦時(shí)的成本約為100美元(折合人民幣約690元)。研究人員估計(jì)稱(chēng)，這種鉀氧電池每千瓦時(shí)的成本約為44美元(折合人民幣約300元)。