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

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

　　如果用一些常見的材料替代鋰，那會(huì)怎樣?多年來(lái)，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(diǎn)

　　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(gè)部分是電、部分是化學(xué)的裝置。事情從電池的陽(yáng)極開始，陽(yáng)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(jī))，設(shè)備就會(huì)從電池中吸走電子，為自己供電。同時(shí)，在失去電子后，鋰原子變成帶正電荷的鋰離子，從陽(yáng)極出發(fā)，穿過(guò)電解質(zhì)，移動(dòng)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(gè)循環(huán)電路。

　　最終，陽(yáng)極的電子將被耗盡，這時(shí)你會(huì)看到屏幕上閃爍著電量不足的圖標(biāo)。但是，對(duì)于充電電池來(lái)說(shuō)可喜的是，這個(gè)過(guò)程是可逆的。通過(guò)連接到外部電源，一切都會(huì)逆轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)：鋰離子流回陽(yáng)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(jī)上使用的典型的鋰電池，可以被充電500次左右，性能才會(huì)明顯下降。

　　雖然很多材料也能充當(dāng)陽(yáng)極，但鋰的優(yōu)勢(shì)是它比任何其他材料都強(qiáng)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(gè)電子，帶上+1價(jià)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?fù)碛懈蟮碾娙萘俊＿@就是為什么鋰電池對(duì)于我們?nèi)绱酥匾脑颉?/p>

　　但是，開采鋰礦會(huì)造成嚴(yán)重的污染;而且由于需求量大，很可能會(huì)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(huì)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(cuò)，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(shì)必要重得多。這對(duì)于手機(jī)、電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備，固然是不合適的，但對(duì)于不需要經(jīng)常移動(dòng)的設(shè)備，譬如用于儲(chǔ)存太陽(yáng)能和風(fēng)能的電池，重一點(diǎn)并不要緊。

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

　　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(diǎn)不難辦到。

　　其次是陽(yáng)極。在鋰電池中，用石墨棒吸附鋰離子。但石墨的孔隙對(duì)鈉離子來(lái)說(shuō)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(lái)代替石墨。

　　第三，即電解質(zhì)，是最具挑戰(zhàn)性的。問(wèn)題是，在各種金屬離子的電池中，電解質(zhì)都會(huì)與陽(yáng)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(duì)于鋰電池不是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵撳儗釉诘谝淮纬潆娭缶湍鼙３址€(wěn)定。而在鈉電池中，這一鍍層會(huì)越積越厚，從而嚴(yán)重影響電池的壽命。

　　但是，2020年美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)，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(xì)節(jié)。

　　如果這項(xiàng)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(duì)鋰的嚴(yán)重依賴。最重要的是，用食鹽這樣取之不盡的資源儲(chǔ)存電力，這對(duì)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(jī)，不能在高溫下使用。

　　但是最近，2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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?yàn)樯婕皩＠壳斑€沒有公開。

　　據(jù)稱，玻璃電池可儲(chǔ)存的電能是同體積鋰電池的2倍，壽命可達(dá)150年，可充電2.5萬(wàn)次以上，充電速度是鋰電池的6倍。電動(dòng)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。