鋰電池采用的鈷酸鋰正極材料（LiCoO2）成本較高，并且難以應用在耐受穿刺、沖撞和高溫、低溫等條件等特殊環(huán)境。更重要的是，因無法滿足人們對安全的絕對要求而飽受詬病。同時，鈷酸鋰電池也無法達到快速充電與完全避免二次污染等目的，而且，一定要設計保護電路以防止過度充電或過度放電，否則就會造成爆炸等危險。

另外，鈷的價格愈來愈高昂，全球鈷礦最大生產(chǎn)國剛果，戰(zhàn)亂紛擾多，導致鈷礦價格不斷升高。鈷酸鋰電池的粉體因鈷礦價格不斷上漲，現(xiàn)在已從原先的每公斤40美元漲價到60——70美元。磷酸鋰鐵粉體依品質(zhì)好壞，每公斤售價在30——60美元。

鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作為一個電極材料。電池包含兩個電極，一端為陰極，另一端為陽極。在鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通常有由鈷酸鋰制成的陰極和由石墨制成的陽極。在充電和放電時，鋰離子在這兩個電極之間來回流動。

近20年來，各國產(chǎn)學界投入大量的研發(fā)人力與資源，不斷尋找能夠取代或解決LiCoO2問題的新材料，據(jù)統(tǒng)計，全球電池市場的經(jīng)濟規(guī)模總量每年高達500億美元。隨著對安全、高效和強大能量存儲的需求不斷增長，對可充電鋰離子電池有希望的替代品的呼吁在不斷增長。

如果研究人員僅僅用鈷酸鉀代替鈷酸鋰，電池的性能就會下降。鉀是一種較大和較重的元素，能量密度較低。但是，研究人員通過也用金屬鉀代替石墨陽極來提高鉀的性能。倫斯勒理工學院的機械、特種航天和核工程系教授、論文的主要作者尼克·科拉特卡（NikhilKoratkar）表示：“就性能而言，這樣的鉀金屬電池可以與傳統(tǒng)的鋰離子電池媲美。”

鉀既便宜又豐富，往往易于使用，這意味著制造成本和材料成本都較低。使用全鉀金屬陽極，可以制造出與鋰所提供的能量密度相匹配的電池。

而且到目前為止，鋰電池中也存在一個問題：枝晶生長。當電池經(jīng)歷重復的充電和放電循環(huán)時，由于鉀金屬的不均勻沉積而形成枝晶。金屬鉀的團聚體會隨著時間變長且?guī)缀醭史种睿饾u形成了少量的枝晶（一種樹狀晶體），最終它們長到足以刺穿將陽極與陰極隔開的絕緣膜，并使電池短路。這會導致熱量積聚并偶爾起火，并有效縮短電池的使用壽命。

現(xiàn)在，美國倫斯勒理工學院和其它大學研究人員組成的科學團隊，制造出了一種性能與鋰離子電池相當?shù)慕饘匐姵兀褂玫氖莵碓锤鼮樨S富、價格更為便宜的元素鉀。這項研究成果發(fā)表在最近一期的《美國國家科學院院刊》上。

王教授與其它研究人員探索了如何解決該問題的方法以滿足實際需要。通過以相對較高的充電和放電速率操作電池，可以以可控的方式升高電池內(nèi)部的溫度，并促使樹枝狀晶體自陽極自愈。雖然電池內(nèi)的溫度升高不會熔化鉀金屬，但它確實有助于激活表面擴散，因此鉀原子橫向移離它們形成的“堆”有效地消除了枝晶。

該技術(shù)聽起來很奇怪，因為它本質(zhì)上是高速率的充電和放電。研究人員表示，通過在受控環(huán)境下進行操作，他們可以精確控制電池中的熱量，將熱量提高到鉀不熔化的程度，但它會激活表面擴散，從而使金屬向側(cè)面偏移。相同的研究團隊在2018年證明了對鋰電池中的樹狀晶體具有類似的自愈能力，但需要更高的溫度。

“采用這種方法的想法是，在夜間或每當您不使用電池時，您將擁有一個電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將利用這種局部熱量，從而導致樹狀晶體自愈。”研究主要作者、仁斯利爾理工大學的機械、特種航天和核工程專業(yè)教授NikhilKoratkar表示：“我希望看到一種模式向金屬電池轉(zhuǎn)移。金屬電池是制造電池的最有效方法；但是，由于這種枝晶問題，它們并不可行。有了鉀，我將對此抱有更大的希望。”