據(jù)外媒報道，俄羅斯斯科爾科沃科技學院的研究人員與俄羅斯科學院化學物理研究所以及烏拉爾聯(lián)邦大學的研究人員合作，證實可以利用有機材料，無需使用鋰或其他稀有元素，制成高容量、高功率的電池。此外，研究人員還證明了該陰極材料具有極高的穩(wěn)定性，制成的鉀電池充放電迅速且具有高能量密度。

現(xiàn)在，鋰離子電池成為日常生活不可或缺的東西，廣泛用于存儲能量，尤其是用于便攜式電子產(chǎn)品。由于電動汽車不斷得到發(fā)展，吸引了越來越多的投資，電池的需求也在激增。例如，沃爾沃計劃到2025年將電動汽車銷量占總銷量的比例提高至50%，而戴姆勒宣布將停止研發(fā)內(nèi)燃機，重點轉(zhuǎn)向電動汽車。

不過，大量使用鋰離子電池會使生產(chǎn)鋰離子電池所需的資源面對嚴重短缺。鈷、鎳和錳等過渡性金屬通常用于制造電池陰極，相當稀有、昂貴，而且有毒。有少數(shù)幾個國家在生產(chǎn)大多數(shù)不是很常見的鋰，但全球范圍內(nèi)的鋰供應量太少，無法讓所有傳統(tǒng)汽車都被由鋰離子電池供應動力的電動汽車所取代。據(jù)德國能源經(jīng)濟研究中心(FFE)估計，在未來幾十年內(nèi)，鋰金屬短缺可能會變成一個嚴重的問題。最近，科學家們都提出建議，尋找鈉和鉀等其他替代品，此類金屬在化學特性上與鋰相似。

斯科爾科沃科技學院的研究人員在PavelTroshin教授的帶領(lǐng)下，在研發(fā)基于有機陰極材料的鈉和鉀電池方面取得了很大的進展。

研究人員們在第一篇論文中提到一種含有六氮雜苯并菲(hexaazatriphenylene)碎片的聚合物。事實證明，該新材料同樣適用于鋰離子電池、鈉電池和鉀電池，充電時間為30至60秒，在經(jīng)歷數(shù)千次的充放電循環(huán)后仍能夠保持儲能能力。該論文的第一作者兼Skoltech的博士生RomanKapaev解釋道：“多功能性是有機材料的關(guān)鍵優(yōu)勢之一，相關(guān)于反離子的特性，它們的氧化還原反應機制沒有那么明顯，因而更容易找到鋰離子電池的替代品。隨著鋰的價格不斷上漲，用更便宜的、永遠用不完的鈉或鉀來代替鋰是合理的。至于無機材料，情況會變得更加復雜。”

六氮雜苯并菲聚合物陰極的缺點是工作電位較低(相關(guān)于K+/K電位約為1.6V)，導致儲能能力下降。因而，研究人們在第二篇論文中提到了另一種材料，一種基于二氫苯那津胺(dihydrophenazine)的聚合物，沒有工作電位較低的缺點，可以確保電池的平均工作電壓新增至3.6V。該論文的第一作者兼Skoltech的博士生PhilippObrezkov解釋表示：“芳香族聚合物可制成優(yōu)良的高壓有機陰極，用于金屬離子電池。在此次研究中，我們首次在鉀電池陰極中使用了多氮苯基5，10二氫苯那津胺。通過徹底優(yōu)化電解質(zhì)，達到了593Wh/kg的比能，是目前所知的所有鉀離子電池陰極所達到的最高比能。”

金屬離子電池具有的重要問題之一是會生長金屬枝晶，尤其是配備金屬陽極的電池。金屬枝晶長到電池芯中會導致短路，通常還會引起火災甚至爆炸。為避免此種情況，可以采用合金代替純堿金屬，因為合金在電池工作溫度下是液態(tài)的，這也是2019年諾貝爾獎得主JohnB.Goodenough所提出的觀點。鉀鈉合金的熔點低，為零下12.7攝氏度，鈉含量約為22%。

在第三次研究中，科學家們在碳紙上使用了類似的鈉鉀合金，作為電池的陽極，而之前所研發(fā)的氧化還原活性聚合物作為陰極。據(jù)說，此類電池可以在10秒的時間內(nèi)完成充放電。有趣的是，其中一種聚合物陰極使鉀電池達到了最高能量容量，而另一種陰極讓鉀電池具備極好的穩(wěn)定性，在1萬次充放電循環(huán)后，只損失了11%的容量。此外，基于此兩種材料制成的電池都顯示了無與倫比的功率特性，接近100000W/kg，達到了超級電容器的功率水平。