（CN）-隨著全球需求增加，制造電池所需的礦物資源可能會(huì)變得緊張，但佐治亞理工學(xué)院的研究人員表示，他們可能已經(jīng)找到了傳統(tǒng)鋰電池結(jié)構(gòu)的可行替代方案。

佐治亞理工學(xué)院科學(xué)家說，新的研究表明，使用鉀和鈉制成的電池有希望-甚至可能比鋰更好-用于電池儲(chǔ)能。

該小組周二在Joule雜志發(fā)表了一項(xiàng)研究報(bào)告，概述了對(duì)鉀和鈉電池的研究。它表示，鉀和鈉不是電池制造的首選離子的原因之一是它們比其他離子如鋰更容易衰減。

“但我們發(fā)現(xiàn)并非總是如此，”喬治W.伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院助理教授馬修麥克道爾在一份聲明中表示。

科學(xué)家研究了三種離子-鋰，鈉和鉀-與礦物黃鐵礦顆粒的反應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)黃鐵礦在與鈉和鉀反應(yīng)過程中更加穩(wěn)定，這也許表明基于鈉離子或鉀離子的電池可能比以前想象的壽命長(zhǎng)得多。

當(dāng)電池充電和放電時(shí)，離子與構(gòu)成電池電極的顆粒發(fā)生反應(yīng)并穿透顆粒。研究表明，這個(gè)過程導(dǎo)致電極顆粒的體積變化很大，通常會(huì)將它們分解成小塊。由于鈉和鉀離子比鋰大，因此認(rèn)為這些離子導(dǎo)致電池電極更多的降解。

鋰離子電池具有高功率密度和相對(duì)較低的成本，使其成為便攜式電子設(shè)備，電網(wǎng)以及不斷增長(zhǎng)的混合動(dòng)力和電動(dòng)車輛的能量存儲(chǔ)的最佳選擇。

根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的資料，電池占全球鋰消費(fèi)量的39％。

喬治亞理工學(xué)院的科學(xué)家通過電子顯微鏡觀察化學(xué)反應(yīng)，使用鉀，鋰和鈉以及硫化鐵電池電極。根據(jù)研究，他們發(fā)現(xiàn)硫化鐵在與鈉和鉀反應(yīng)時(shí)比在鋰中更穩(wěn)定。

喬治亞理工學(xué)院的研究生MattheeBoebinger說：“我們看到了一個(gè)非常強(qiáng)大的反應(yīng)，沒有斷裂-這表明這種材料和其他類似材料可以用于這些新型電池，并且具有更高的穩(wěn)定性。”

電池有三個(gè)主要組成部分-陰極，陽(yáng)極和電解質(zhì)溶液。當(dāng)陰極和陽(yáng)極連接時(shí)，電子從陽(yáng)極流向陰極，產(chǎn)生電流。

鋰通常存在于電池的陰極中，而電解質(zhì)通常以鋰鹽的形式存在。陽(yáng)極材料通常是碳基的，通常是石墨。鋰離子電池能夠產(chǎn)生比堿性電池多兩倍的功率。

“鋰電池現(xiàn)在仍然是最具吸引力的，因?yàn)樗鼈兊哪芰棵芏茸罡摺Ｄ憧梢栽谶@個(gè)空間打包很多能量，“McDowell說。“鈉電池和鉀電池在這一點(diǎn)上沒有更多的密度，但它們是基于地球上比鋰鋰電池豐富1000倍的元素。所以他們未來可能會(huì)便宜得多，這對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能-為家庭或未來的電網(wǎng)提供后備電源非常重要。“

根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，2016年全球鋰產(chǎn)量增加了約12％，以應(yīng)對(duì)電池應(yīng)用需求的增加。

鋰儲(chǔ)量分布在五大洲-北美，南美，非洲，亞洲和澳大利亞。南美洲集中度最高，約占全球鋰儲(chǔ)量的66％。

有兩種生產(chǎn)鋰的主要方式：鹽水和硬石礦。使用鹽水時(shí)，礦物質(zhì)已經(jīng)濃縮在水溶液中并且是可提取的。世界各地都有發(fā)現(xiàn)偉晶巖的硬石供應(yīng)鋰，但富鋰礦的花崗巖偉晶巖不常見，占全球偉晶巖礦床的1％以下。

智利是世界第二大鋰生產(chǎn)國(guó)，鋰儲(chǔ)量位居第一。它的儲(chǔ)量保存在鹽水礦藏中，主要礦藏是撒拉族德阿塔卡馬。該地區(qū)面積約3000平方公里，估計(jì)有680萬噸鋰儲(chǔ)量。

去年秋天，斯坦福大學(xué)科學(xué)家發(fā)布的研究表明，北美周圍火山可能存在更多的鋰儲(chǔ)量，這可能有助于減少美國(guó)對(duì)國(guó)際鋰供應(yīng)的依賴。

盡管目前鋰的年消耗量與估計(jì)的全球可提取鋰儲(chǔ)量相比較小，但斯坦福大學(xué)的研究人員表示，到2030年鋰的需求可能變得至關(guān)重要。在移動(dòng)電子設(shè)備和混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車中使用鋰離子電池需要發(fā)現(xiàn)新的鋰資源以滿足不斷增長(zhǎng)的需求并實(shí)現(xiàn)全球鋰供應(yīng)鏈的多元化。

斯坦福大學(xué)的研究表明，保存在火山口內(nèi)的超火山湖沉積物具有大量鋰粘土沉積的潛力。