誰來取代鋰電池？

　　世界迫切需要更廉價、更安全、原料更可持續(xù)的電池，那么——誰來取代鋰電池?

　　我們的生活離不開鋰電池，手機離不開它，筆記本電腦離不開它，數(shù)量越來越龐大的電動汽車更是少不了它……這意味著人類對鋰的需求是無止境的，所以，鋰會變得越來越稀缺。

　　如果用一些常見的材料替代鋰，那會怎樣?多年來，人們一直在研究基于普通食鹽或氯化鈉的電池，如果成功，我們最終可能走出鋰的瓶頸。

　　鋰電池的優(yōu)缺點

　　要了解食鹽如何能夠拯救我們，首先要了解電池工作的原理。

　　我們可以把電池想象成一個部分是電、部分是化學(xué)的裝置。事情從電池的陽極開始，陽極由一種可以釋放電子的材料制成，在鋰電池中是鋰。當(dāng)你打開任何連接到電池的設(shè)備(如手機)，設(shè)備就會從電池中吸走電子，為自己供電。同時，在失去電子后，鋰原子變成帶正電荷的鋰離子，從陽極出發(fā)，穿過電解質(zhì)，移動到陰極，吸附在陰極材料的孔隙里。這樣，從里到外，構(gòu)成一個循環(huán)電路。

　　最終，陽極的電子將被耗盡，這時你會看到屏幕上閃爍著電量不足的圖標(biāo)。但是，對于充電電池來說可喜的是，這個過程是可逆的。通過連接到外部電源，一切都會逆轉(zhuǎn)過來：鋰離子流回陽極并與新電子重新結(jié)合，變成鋰原子，為新的一輪放電做好準(zhǔn)備。智能手機上使用的典型的鋰電池，可以被充電500次左右，性能才會明顯下降。

　　雖然很多材料也能充當(dāng)陽極，但鋰的優(yōu)勢是它比任何其他材料都強大。在元素周期表中，鋰出現(xiàn)在第一組金屬的頂端。這一組金屬包括鋰、鈉、鉀等元素，它們的原子都容易失去最外層的一個電子，帶上+1價的電荷。鋰是其中原子量最小的，因此在相同重量下，鋰電池可以比同類金屬制成的電池擁有更大的電容量。這就是為什么鋰電池對于我們?nèi)绱酥匾脑颉?/p>

　　但是，開采鋰礦會造成嚴重的污染;而且由于需求量大，很可能會讓鋰變得稀缺;此外，鋰電池中使用的陰極材料——鈷或者錳鎳合金，在地球上也是稀缺資源。所以，如果有一種更豐富的材料可以代替鋰，當(dāng)然是我們求之不得的。

　　材料取之不盡的鈉電池

　　單看一眼元素周期表你就會發(fā)現(xiàn)，位于鋰正下方的鈉，與鋰有著幾乎完全相同的化學(xué)性質(zhì)(只是更重)，有可能成為鋰的替代品。鈉是組成食鹽的元素之一，在地球上取之不盡，用之不竭。

　　沒錯，由于鈉的原子量比鋰要大得多(兩者原子量比是23：7)，要想獲得與鋰電池同等的電容量，鈉電池勢必要重得多。這對于手機、電動汽車等移動設(shè)備，固然是不合適的，但對于不需要經(jīng)常移動的設(shè)備，譬如用于儲存太陽能和風(fēng)能的電池，重一點并不要緊。

　　不過，要制造鈉電池，并非簡單地用鈉取代鋰就完事。相反，電池中三個組件——陰極、陽極和電解質(zhì)，都必須重新設(shè)計。

　　首先是陰極。在鋰電池中用鈷等金屬做陰極。但在鈉電池中，要換成鎂、鐵和銅等金屬。好在這些金屬都很普通，這一點不難辦到。

　　其次是陽極。在鋰電池中，用石墨棒吸附鋰離子。但石墨的孔隙對鈉離子來說太小了。目前，科學(xué)家正在嘗試用合金或碳的其他形式(如活性炭)，來代替石墨。

　　第三，即電解質(zhì)，是最具挑戰(zhàn)性的。問題是，在各種金屬離子的電池中，電解質(zhì)都會與陽極和陰極材料發(fā)生反應(yīng)，生成物覆蓋在上面，形成鍍層，從而降低其性能。這種情況也發(fā)生在鋰電池中，但對于鋰電池不是個問題，因為該鍍層在第一次充電之后就能保持穩(wěn)定。而在鈉電池中，這一鍍層會越積越厚，從而嚴重影響電池的壽命。

　　但是，2020年美國華盛頓州立大學(xué)的一個團隊報告說，他們研制出一款鈉離子電池原型，其電容量與鋰電池相當(dāng)，而且可以充電1000次以上而保持性能穩(wěn)定。他們是如何做到的?由于涉及專利，他們沒有透露更多的細節(jié)。

　　如果這項技術(shù)成熟，鈉電池雖然不太可能完全取代鋰電池，但至少可以減輕我們對鋰的嚴重依賴。最重要的是，用食鹽這樣取之不盡的資源儲存電力，這對于我們是極大的鼓舞。

　　鋰電池的“終結(jié)者”

　　鋰電池的電解質(zhì)是易燃的液體，所以鋰電池容易燃燒或爆炸，不能攜帶上飛機，不能在高溫下使用。

　　但是最近，2019年諾貝爾化學(xué)獎得主、鋰電池的發(fā)明人之一約翰·古德諾，發(fā)明了一款不尋常的電池。這種電池以固體的玻璃為電解質(zhì)。玻璃里面摻雜了一些可以導(dǎo)電的金屬離子，所以能當(dāng)電解質(zhì)使用。至于具體原理，因為涉及專利，目前還沒有公開。

　　據(jù)稱，玻璃電池可儲存的電能是同體積鋰電池的2倍，壽命可達150年，可充電2.5萬次以上，充電速度是鋰電池的6倍。電動汽車只消充電幾分鐘，就能跑上千千米。而且，玻璃電池安全性能好，里面沒有易燃物質(zhì)，可以在極低溫和極高溫下使用。

　　這種性能好得出奇的新型電池，被一些人視為鋰電池的“終結(jié)者”。

　　有了這些備用材料，我們就不用擔(dān)心鋰資源稀缺了。