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煤炭钾离子电池:两个“失败者”如何联手挑战锂电池?
来源: | 作者:vpichina | 发布时间: 2022-12-31 | 804 次浏览 | 分享到:
煤炭钾离子电池:两个“失败者”如何联手挑战锂电池?
钾离子的“困境”
只能被燃烧的煤炭
新思路

煤炭钾离子电池:两个“失败者”如何联手挑战锂电池?

 

从这个很长的名称中,你可能已经听出了它的独特之处。首先它是一种钾离子电池材料,不是你熟悉的锂离子电池、钠离子电池。而且,合成它的原材料居然是古老的能源——煤炭。

这些年,新能源汽车和各类电子设备快速发展,电池成了绝对的热门科技。固态锂离子电池、钠电池、氢燃料电池等技术,对它们的研究,很大程度上依赖于材料技术的突破。事实上,这是一种两个“失败者”凑在一起,产生了“负负得正”效果的新材料。

 

 

钾离子的“困境”

我先带你看看第一个“失败者”,钾。

你可能还记得元素周期表上第一列,有七种元素,氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫,这里面除了氢以外,剩下那些都被称为碱金属。你应该记得,能排在同一列的化学元素,是因为它们具有很多相似性。所以,你会看到,这七种元素中,氢、锂、钠都可以被用来加工电池,而且,锂离子电池和钠离子电池的很多技术都是相通的。那这样说来,这一列里的其他元素是不是都能被用来制造电池呢?技术上,确实是没有问题的,需要考虑的就是成本和性能问题。简单来说,就是性价比。

 

那我们今天要说的这个钾元素,为什么说是有可能的呢?因为在地球表面,钾的含量很高,排在一百多种元素的第七位。而且,钾是一种重要的肥料,人类对它的开采已经非常成熟。也就是说,完全不用担心原料不够的问题。

 

那为什么一开始做电池,不用钾,用了钠和锂呢?这是因为钾的原子量要大得多,尤其是跟锂离子比起来。什么意思?就是同样重量的电池,锂离子电池能够储存的电量,要远远多于钾离子电池,要多出五倍以上。学术上叫能量密度。那你想啊,钾离子电池的能量密度很低,肯定不会被用在新能源汽车或者手机上。

 

 

只能被燃烧的煤炭

好,咱们再来看第二个“失败者”,煤。

你可能知道,中国是一个富煤贫油的国家,这种畸形的资源禀赋,很长时间来几乎是一个无解的难题。我们的电力曾经极端依赖于火力发电,同时还要从国外进口大量的石油,引发了严重的空气污染问题和能源安全问题。面对这种局面,中国科学家和工程师们,通过大约20年的努力,中国的新能源产业迎来全面发展。你可能经常会听到光伏、风能、水电方面的一些大型工程,得到也有很多相关课程。煤炭在能源结构中的占比正在不断缩小,用石油炼制成汽油、柴油等燃油的比例也在减小。但是,这又带来了新的问题。一方面,旧有的煤炭工业转型困难,很多煤炭工人都面临失业的风险。另一方面,类似于光伏这样的产业,对新材料的需求量大,这些新材料的源头通常都是石油。所以,单就能源领域来说,中国对海外石油的依赖不降反增。