从手机到太阳能再到电动汽车，人们越来越依赖电池。随着人们对安全、高效、强大的储能需求不断提升，对可充电锂离子电池有前景的替代品的需求也越来越大，锂离子电池一直是该领域的领先技术。

在《科学院院刊》年发表的一项研究中，伦斯勒理工学院的研究人员展示了他们如何克服一种叫做枝晶的持续挑战，制造出一种金属电池，其性能几乎与锂离子电池相同，但依赖于钾，一种更丰富、更便宜的元素。

电池包含两个电极——，一个是阴极，另一个是阳极。如果你想看锂离子电池，你通常会发现一个由锂钴氧化物制成的阴极和一个由石墨制成的阳极。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间来回流动。

在这种设备中，如果研究人员简单地用钾钴氧化物代替锂钴氧化物，性能将会下降。钾是一种更大更重的元素，所以它的能量密度更小。相反，伦斯勒的团队希望通过用金属钾代替石墨阳极来提高钾的性能。

伦斯勒机械、航空航天和核工程教授、本文主要作者Nikhil Koratkar表示：“就性能而言，这相当于传统的锂离子电池。”

尽管金属电池显示出巨大的前景，但它们传统上一直受到阳极上金属沉积(称为枝晶)的困扰。枝晶是由于钾金属的不均匀沉积而形成的，因为电池经历了反复的充电和放电循环。随着时间的推移，Koratkar解释说，钾和金属的结合变得非常长，几乎分支。

如果它们长得太长，最终会刺穿绝缘膜隔板，以防止电极相互接触并使电池短路。当电池短路时，会产生热量，可能会点燃设备中的有机电解液。

在这篇论文中，Koratkar和他的团队——，包括伦斯勒的Prateek Hundekar博士和马里兰大学的研究人员，包括化学和生物分子工程的王春生——教授，解释了他们对这个问题的解决方案是如何为消费者的实际使用铺平道路的。通过以相对高的充电和放电速率操作电池，它们可以以良好控制的方式提高电池的内部温度，并促进枝晶自行修复阳极。

Koratkar将自我修复过程比作暴风雨后的一堆雪。风和太阳有助于清除雪堆上的雪花，缩小它们的尺寸，最终使它们变平。

同样，尽管电池中的温度上升不会熔化钾金属，但它确实有助于激活表面扩散，因此钾原子从它们创建的“堆栈”中横向移动，有效地平滑了枝晶。

Koratkar说：“通过这种方式，我们的想法是，在晚上或不使用电池时，您将有一个电池管理系统来施加这种局部热量，以便树突能够自我愈合。”

卡尔和他的团队之前展示了一种类似的锂金属电池的自愈方法，但他们发现钾金属电池需要更少的热量来完成自愈过程。Koratkar说，这一有希望的发现意味着钾金属电池可以更加有效、安全和实用。

Koratkar说：“我希望看到金属电池的范式转变。”金属电池是制造电池最有效的方式；然而，由于这种枝晶问题，它们是不可行的。有了钾，我更有希望。'