充电只要10秒，超大容量：科学家发明新型化合物钾钠合金电池

​Skoltech研究人员，RAS化学物理问题研究所以及乌拉尔联邦大学科学家的合作研究表明，高容量，高功率的电池可以由不含锂或其他稀有元素的有机材料制成。研究中，他们发现了一种相当稳定的新型电池正极材料，基于此发现开发出了高能量密度、可快速充电/放电钾基电池。他们的研究结果最近发表在《材料化学杂志》和《物理化学快报和化学通讯》上。

锂离子电池被广泛用于能量存储，尤其是在便携式电子产品中。但是锂电池有个明显的缺点，六氮杂三苯基于聚合物的阴极拥有较低的工作电势（相对于K+/K电势约为1.6伏），这导致储能能力下降。

科学家们新发现的这种基于二氢吩嗪的聚合物的新材料可以克服这个缺点，可以将电池的平均工作电压提高到3.6伏。

金属离子电池（尤其是带有金属阳极的电池）还有一个个突出的问题是锂晶体树枝状晶体的生长，可能会对引起电池短路，从而引起火灾甚至爆炸。

2019年诺贝尔化学奖获得者John B.Goodenough教授发现：在电池工作温度条件下使用液态合金代替纯碱金属可以防止晶枝生成，避免由此导致的安全问题。

已知低熔点钾钠合金（NaK）含有约22%（重量）的钠，熔点为-12.7摄氏度。

在研究中科学家使用一种类似的钾钠合金作为碳素纸，将其作为阳极，并将前面介绍的二氢吩嗪氧化还原活性聚合物用作阴极，此类电池可以实现在10秒内完成充电。

在研究中科学家们还发现两种有特殊特性的聚合物：其中一种(N-phenyl-5,10-dihydrophenazine，N-苯基-5,10-二氢吩嗪)用做阴极时具有极高的电池能量容量，能量密度高达631Wh/kg；而另一种（hexaazatrinaphthylene，六氮杂萘并萘）则表现为极高的稳定性，在10000次充电/放电循环后仅损失了11%的容量。基于这两种材料的电池还表现出无与伦比的功率特性，接近 100000 W/kg，典型的超级电容水平。

团队负责人Pavel Troshin表示："目前，金属离子电池和超级电容器是最常见的储能解决方案。前者每单位质量存储大量能量，但在多个循环后充电会会变得缓慢并容量衰减直到丧失。而后者可以快速充电并承受数万次循环，但存储容量较差。我们证明了电活性有机物可以作为结合金属离子电池和超级电容器优势的新一代电化学能量存储设备铺平道路，从而消除了对昂贵的过渡金属化合物和锂的需求。"