近日，美國俄亥俄州立大學的研究人員在《電池和超級電容器》雜志上發表一項研究，闡述了一種更高效、更可靠的鉀氧電池，這可能是解決電網長時間儲能的關鍵一步。

這項研究圍繞電池的陰極結構展開，陰極將化學反應產生的能量儲存在金屬氧或者金屬空氣電池中。研究人員表示，這一發現可以實現更便宜、更高效的能源儲存，使太陽能和風能等可再生能源成為電網更可行的選擇。

壽命制約電池進一步應用

“如果你想為電網選擇一個完全可再生的能源來源，那么你需要經濟的儲能裝置，可以儲存多余的電力。當你不需要電力時，還可以將多余的電輸送出去。”研究的合著者、俄亥俄州立大學機械和航天工程教授圣代桑說，“這樣的技術是關鍵，因為它很便宜，不使用任何外來材料，而且可以在任何地方制造，促進當地經濟。”

為了使可再生能源成為地區電網的可靠電源，需要儲能設施來收集它們產生的多余電力。世界各地的公司、科學家和政府都在研究儲能解決方案，從鋰離子電池(許多電動汽車使用更大的版本)到巨型電池(使用金屬釩制造的大型箱式商店大小)。

自2013年鉀氧電池問世以來，一直是一種潛在的能源儲存替代品。研究表明，這種電池比鋰氧電池更有效率，儲存的能量是現有鋰離子電池的兩倍。但是，鉀氧電池尚未被廣泛用于能源儲存的主要原因是，它們還沒有足夠的壽命來節省成本。

當研究小組試圖制造出一種可行的鉀氧電池時，他們遇到了一個障礙：電池每次充電后都會退化，無法持續5~10個充電周期，遠遠不能使電池成為一種經濟有效的儲能解決方案。這種退化是因為氧氣滲入電池的陽極，導致陽極擊穿，使電池本身無法再充電。

聚合物讓電池壽命延長12倍

圣德里森實驗室的博士研究生保羅·吉爾摩開始將聚合物加入陰極，嘗試是否能保護陽極避免受到氧氣的傷害。他認為，如果找到一種方法做到這一點，將延長鉀氧電池的壽命。結果證明他是對的：研究小組意識到聚合物的膨脹對其性能起著至關重要的作用。

這種設計有點像人的肺：空氣通過纖維狀的碳層進入電池，然后遇到多孔性稍差的第二層，最后到達第三層──幾乎沒有多孔性。第三層由導電聚合物制成，允許鉀離子穿過陰極，但限制了分子氧進入陽極。這種設計意味著電池至少可以充電125次──這使得鉀氧電池的壽命比以前使用低成本電解質時延長了12倍以上。

雖然研究小組還沒有證明電池可以按照電網儲能所需的規模生產，但它確實顯示了潛力。吉爾摩說：“氧電池具有更高的能量密度，這意味著它們可以提高電動汽車的續航里程和便攜式電子設備的電池壽命。但在鉀氧電池適用于這些應用之前，還必須克服其他挑戰。”

研究人員估計，鉀氧電池的成本為每千瓦時44美元。