煤炭钾离子电池：两个“失败者”如何联手挑战锂电池？

从这个很长的名称中，你可能已经听出了它的独特之处。首先它是一种钾离子电池材料，不是你熟悉的锂离子电池、钠离子电池。而且，合成它的原材料居然是古老的能源——煤炭。

这些年，新能源汽车和各类电子设备快速发展，电池成了绝对的热门科技。固态锂离子电池、钠电池、氢燃料电池等技术，对它们的研究，很大程度上依赖于材料技术的突破。事实上，这是一种两个“失败者”凑在一起，产生了“负负得正”效果的新材料。

钾离子的“困境”

我先带你看看第一个“失败者”，钾。

你可能还记得元素周期表上第一列，有七种元素，氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫，这里面除了氢以外，剩下那些都被称为碱金属。你应该记得，能排在同一列的化学元素，是因为它们具有很多相似性。所以，你会看到，这七种元素中，氢、锂、钠都可以被用来加工电池，而且，锂离子电池和钠离子电池的很多技术都是相通的。那这样说来，这一列里的其他元素是不是都能被用来制造电池呢？技术上，确实是没有问题的，需要考虑的就是成本和性能问题。简单来说，就是性价比。

那我们今天要说的这个钾元素，为什么说是有可能的呢？因为在地球表面，钾的含量很高，排在一百多种元素的第七位。而且，钾是一种重要的肥料，人类对它的开采已经非常成熟。也就是说，完全不用担心原料不够的问题。

那为什么一开始做电池，不用钾，用了钠和锂呢？这是因为钾的原子量要大得多，尤其是跟锂离子比起来。什么意思？就是同样重量的电池，锂离子电池能够储存的电量，要远远多于钾离子电池，要多出五倍以上。学术上叫能量密度。那你想啊，钾离子电池的能量密度很低，肯定不会被用在新能源汽车或者手机上。

只能被燃烧的煤炭

好，咱们再来看第二个“失败者”，煤。

你可能知道，中国是一个富煤贫油的国家，这种畸形的资源禀赋，很长时间来几乎是一个无解的难题。我们的电力曾经极端依赖于火力发电，同时还要从国外进口大量的石油，引发了严重的空气污染问题和能源安全问题。面对这种局面，中国科学家和工程师们，通过大约20年的努力，中国的新能源产业迎来全面发展。你可能经常会听到光伏、风能、水电方面的一些大型工程，得到也有很多相关课程。煤炭在能源结构中的占比正在不断缩小，用石油炼制成汽油、柴油等燃油的比例也在减小。但是，这又带来了新的问题。一方面，旧有的煤炭工业转型困难，很多煤炭工人都面临失业的风险。另一方面，类似于光伏这样的产业，对新材料的需求量大，这些新材料的源头通常都是石油。所以，单就能源领域来说，中国对海外石油的依赖不降反增。