从手机到太阳能，再到电动汽车，人类越来越依赖电池。 随着对安全、高效和强大的储能的需求继续上升，对可充电锂离子电池的有希望替代方案的呼吁也在增加，锂离子电池一直是这一领域的主导技术。

在发表在《科学院院刊》上的研究中，Rensselaer理工学院的研究人员展示了他们如何能够克服一个被称为树突的持续挑战，创造一种性能几乎和锂离子电池一样好的金属电池，但依赖于钾-一种更丰富更便宜的元素。

电池包含两个电极-一端是阴极，另一端是阳极。 如果你想看看锂离子电池，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，锂离子在这两个电极之间来回流动。

在这个装置中，如果研究人员简单地用氧化钴钾代替锂钴氧化物，性能就会下降。 钾是一种更大、更重的元素，因此能量密度较小。 相反，Rensselaer团队希望通过用金属钾代替石墨阳极来提高钾的性能。

Rensselaer的机械、航空航天和核工程教授、本文的主要作者Nikhil Koratkar说：“就性能而言，这可以与传统的锂离子电池媲美。”

虽然金属电池显示出巨大的前景，但它们传统上也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放电循环。 随着时间的推移，Koratkar解释说，钾金属的联合体变得很长，几乎是分支状的。

如果它们长得太长，它们最终会刺穿绝缘膜分离器，以防止电极相互接触和短路电池。 当电池短路时产生热量，并有可能将设备内的有机电解质点燃。

在本文中，Koratkar和他的团队-包括Rensselaer的博士生Prateek Hundekar和马里兰大学的研究人员，包括化学和生物分子工程教授王春生-解释了他们对这个问题的解决如何为消费者的实际使用铺平了道路。 通过以相对较高的充放电速率操作电池，它们可以以良好的控制方式提高电池内部的温度，并鼓励树突自我修复阳极。

koratkar将自愈过程与风暴结束后的一堆雪相比。 风和太阳帮助把雪花从雪堆上移开，缩小它的大小，最终使它变平。

以类似的方式，虽然电池内的温度升高不会熔化钾金属，但它确实有助于激活表面扩散，因此钾原子横向地从他们创造的“堆”上移动，有效地平滑了枝晶。

Koratkar说：“采用这种方法，我们的想法是，在夜间或当你不使用电池的时候，你会有一个电池管理系统来应用这种局部热量，从而使树突自我愈合。”

科拉特卡尔和他的团队以前展示了一种类似的锂金属电池自愈方法，但他们发现钾金属电池完成自愈过程所需的热量要少得多。 这一有希望的发现，Koratkar说，意味着钾金属电池可以更有效、安全和实用。

Koratkar说：“我希望看到金属电池的范式转变。 “金属电池是构建电池最有效的方法；然而，由于这种枝晶问题，它们是不可行的。 用钾，我更有希望。“