科研人员推出锂电池的替代品

（CN）-随着全球需求增加，制造电池所需的矿物资源可能会变得紧张，但佐治亚理工学院的研究人员表示，他们可能已经找到了传统锂电池结构的可行替代方案。

佐治亚理工学院科学家说，新的研究表明，使用钾和钠制成的电池有希望-甚至可能比锂更好-用于电池储能。

该小组周二在Joule杂志发表了一项研究报告，概述了对钾和钠电池的研究。它表示，钾和钠不是电池制造的首选离子的原因之一是它们比其他离子如锂更容易衰减。

“但我们发现并非总是如此，”乔治W.伍德拉夫机械工程学院助理教授马修麦克道尔在一份声明中表示。

科学家研究了三种离子-锂，钠和钾-与矿物黄铁矿颗粒的反应。他们发现黄铁矿在与钠和钾反应过程中更加稳定，这也许表明基于钠离子或钾离子的电池可能比以前想象的寿命长得多。

当电池充电和放电时，离子与构成电池电极的颗粒发生反应并穿透颗粒。研究表明，这个过程导致电极颗粒的体积变化很大，通常会将它们分解成小块。由于钠和钾离子比锂大，因此认为这些离子导致电池电极更多的降解。

锂离子电池具有高功率密度和相对较低的成本，使其成为便携式电子设备，电网以及不断增长的混合动力和电动车辆的能量存储的最佳选择。

根据美国地质调查局的资料，电池占全球锂消费量的39％。

乔治亚理工学院的科学家通过电子显微镜观察化学反应，使用钾，锂和钠以及硫化铁电池电极。根据研究，他们发现硫化铁在与钠和钾反应时比在锂中更稳定。

乔治亚理工学院的研究生MattheeBoebinger说：“我们看到了一个非常强大的反应，没有断裂-这表明这种材料和其他类似材料可以用于这些新型电池，并且具有更高的稳定性。”

电池有三个主要组成部分-阴极，阳极和电解质溶液。当阴极和阳极连接时，电子从阳极流向阴极，产生电流。

锂通常存在于电池的阴极中，而电解质通常以锂盐的形式存在。阳极材料通常是碳基的，通常是石墨。锂离子电池能够产生比碱性电池多两倍的功率。

“锂电池现在仍然是最具吸引力的，因为它们的能量密度最高。你可以在这个空间打包很多能量，“McDowell说。“钠电池和钾电池在这一点上没有更多的密度，但它们是基于地球上比锂锂电池丰富1000倍的元素。所以他们未来可能会便宜得多，这对于大规模储能-为家庭或未来的电网提供后备电源非常重要。“

根据美国地质调查局的数据，2016年全球锂产量增加了约12％，以应对电池应用需求的增加。

锂储量分布在五大洲-北美，南美，非洲，亚洲和澳大利亚。南美洲集中度最高，约占全球锂储量的66％。

有两种生产锂的主要方式：盐水和硬石矿。使用盐水时，矿物质已经浓缩在水溶液中并且是可提取的。世界各地都有发现伟晶岩的硬石供应锂，但富锂矿的花岗岩伟晶岩不常见，占全球伟晶岩矿床的1％以下。

智利是世界第二大锂生产国，锂储量位居第一。它的储量保存在盐水矿藏中，主要矿藏是撒拉族德阿塔卡马。该地区面积约3000平方公里，估计有680万吨锂储量。

去年秋天，斯坦福大学科学家发布的研究表明，北美周围火山可能存在更多的锂储量，这可能有助于减少美国对国际锂供应的依赖。

尽管目前锂的年消耗量与估计的全球可提取锂储量相比较小，但斯坦福大学的研究人员表示，到2030年锂的需求可能变得至关重要。在移动电子设备和混合动力及电动汽车中使用锂离子电池需要发现新的锂资源以满足不断增长的需求并实现全球锂供应链的多元化。

斯坦福大学的研究表明，保存在火山口内的超火山湖沉积物具有大量锂粘土沉积的潜力。