Oplaadbare lithiumbatterijen spelen een cruciale rol bij het voldoen aan de wereldwijd groeiende vraag naar draagbare energie. Deze goedkope, compacte en lichtgewicht batterijen zijn de belangrijkste keuzes voor de meeste draagbare elektronische apparaten, elektrische / hybride voertuigen, zonnecentrales, enz. De beschikbaarheid van lithium en kobalt is echter beperkt op de aardkorst en volledig vertrouwen op deze metalen zal een probleem zijn om aan de toekomstige energiebehoeften te voldoen.
Daarom werkt een team van wetenschappers aan de Tokyo University of Science onder leiding van een professor Shinichi Komaba aan het vinden van een alternatief element in plaats van lithium voor de lithium-ionbatterijen (LIB). Met natrium en kalium in dezelfde alkalimetaalgroep in het periodiek systeem, is hun chemische aard vergelijkbaar met lithium en kan het dienen als een levensvatbare vervanging voor lithium. Maar in tegenstelling tot lithium zijn deze elementen wijdverbreid op aarde, en het gebruik ervan om krachtige oplaadbare batterijen te ontwikkelen zou een doorbraak zijn in het creëren van een duurzamere omgeving. Deze kalium-ionbatterijen (KIB's)zijn sinds 2015 langzaamaan de focus geworden van uitgebreid onderzoek. Het gebruik van kalium in batterijen is veelbelovend omdat ze vergelijkbare (of zelfs betere) prestaties laten zien als LIB's. Bovendien zijn de materialen die nodig zijn om KIB's te bouwen allemaal niet giftig en veel overvloediger en goedkoper dan die nodig zijn voor LIB's.
In een opmerkelijke poging om verder onderzoek naar KIB's mogelijk te maken, analyseerde de onderzoeksgroep onder leiding van Prof Komaba de werking van KIB's tot in detail in een uitgebreide recensie gepubliceerd in Chemical Reviews . Het artikel omvat alles wat met de ontwikkeling van KIB's te maken heeft, van kathodematerialen, anodematerialen, verschillende elektrolyten en volledig vaste KIB's tot elektrodedoping en elektrolytadditieven. Bovendien vergelijkt de review de verschillende materialen die worden gebruikt in lithium-, natrium- en kaliumionbatterijen.
Onderzoek naar bepaalde aspecten van KIB's, zoals hun veiligheid, is echter beperkt gebleven en er moet aandacht worden besteed aan het verkrijgen van meer inzicht in wat er fysiek en chemisch gebeurt tussen de verschillende componenten en elementen. Afgezien hiervan heeft de onderzoeksgroep van de heer Komba zich ook gericht op supercondensatoren en biobrandstofcellen, samen met zowel LIB's als natriumionbatterijen, die allemaal zeer belangrijke functies zouden kunnen krijgen in een duurzamere samenleving in de toekomst.