圖片顯示：佐治亞理工學院的研究生Matthew Boebinger和機械工程學院與材料科學與工程學院的助理教授Matthew McDowell使用電子顯微鏡觀察電池在模擬環境下的化學反應。
從單次充電就能行駛數百英里的電動汽車到與汽油驅動的鋸一樣強大的電鋸，隨著電池技術的進步，每年都有許多新產品上市。
但這種新產品的增長引起了人們的擔憂——這可能會導致金屬鋰(世界上許多新型可充電電池的核心)的供應出現枯竭。
現在，佐治亞理工學院的研究人員有了一項新的科研發現，表明鈉基電池和鉀基電池有望替代傳統的鋰電池。
佐治亞理工學院機械工程學院與材料科學與工程學院的助理教授Matthew McDowell表示：“鈉離子電池和鉀離子電池面臨的最大障礙之一是：它們傾向于更快地衰變和退化，而且它們的能量比鋰離子電池更少。但是，我們發現情況并非總是如此。”
這項研究于6月19日發表在《Joule》雜志上，這項研究是由美國國家科學基金會和美國能源部贊助的。研究小組研究了三種不同的離子——鋰離子、鈉離子和鉀離子與硫化鐵粒子（也被稱為黃鐵礦）的反應。
當電池充放電時，離子不斷地與構成電池電極的微粒發生反應并穿透它們。這種反應過程會導致電極微粒體積的劇烈變化，通常會把它們分解成小塊。因為鈉和鉀離子尺寸比鋰離子大，傳統上認為它們在與粒子反應時會引起更明顯的分解。
在他們的實驗中，通過電子顯微鏡直接觀察電池內部的反應，硫化鐵粒子起著電池電極的作用。研究人員發現，與鋰相比，鈉和鉀與硫化鐵在反應過程中更加穩定，這表明基于鈉或鉀的電池壽命可能比預期壽命長得多。
? ? ? 不同的離子反應方式之間的差異是顯而易見的。在電子顯微鏡下，硫化鐵粒子接觸到鋰時，幾乎會發生體積爆 炸。相反，硫化鐵在鈉和鉀的作用下會像氣球一樣膨脹。
佐治亞理工學院的研究生Matthew Boebinger說：“我們看到了一種非常穩定的反應，沒有發生斷裂。這表明，這種材料和其他類似的材料，隨著時間的推移，可以在這些新型電池中更穩定地使用。”
該研究還對電化學反應中發生的大量體積變化始終是顆粒斷裂（這種斷裂會導致電極失效，進而導致電池的退化）的前兆這一觀點提出了質疑。
如圖所示：佐治亞理工學院的一名研究生Matthew Boebinger，正在觀察鈉和硫化鐵之間化學反應的影像。
研究人員認為，不同離子與硫化鐵反應方式存在差異的一個可能原因是，鋰更可能將其反應沿著顆粒尖銳的方向（如立方體狀邊緣）集中；而與鈉和鉀的反應則更為分散，沿著硫化鐵顆粒的全部表面擴散。結果，當硫化鐵顆粒與鈉和鉀反應時，硫化鐵顆粒形成了具有圓形邊緣的更加橢圓形的形狀。
盡管還有許多的工作要做，但是這一新的研究發現可以幫助科學家設計這些使用新型材料的電池系統。
McDowell說：“鋰電池現在仍然是最具吸引力的，因為它們的能量密度最大，你可以在一定的空間里儲存很多能量。目前，鈉和鉀電池的能量密度并不高，但它們是地殼中比鋰元素豐富一千倍的元素。所以它們在未來可能會便宜得多，這對于大規模的儲能——家庭或未來的電網的備用電源來說是很重要的。”
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