Vår moderna livsstil skulle vara oerhört annorlunda utan uppladdningsbara batterier. På grund av deras låga kostnader, återvinningsbar teknik, dessa batterier används i de flesta bärbara elektroniska enheter, el- och hybridfordon, och förnybara kraftgenereringssystem. De erbjuder en elegant lösning på världens växande energibehov. Dessutom, laddningsbara batterier är ett viktigt verktyg i system som skördar förnybar energi, som vind och solljus, eftersom dessa källor kan fluktuera mycket med vädret. Uppladdningsbara batterier lagrar genererad el och skickar den på begäran. Således, Forskare över hela världen har fokuserat på att förbättra laddningsbara batterier som ett steg mot hållbara energiresurser.

Sedan deras kommersialisering, litiumjonbatterier (LIB) har varit de bästa uppladdningsbara batterierna på grund av deras utmärkta prestanda. Dock, med den efterföljande ökningen av deras efterfrågan, tillsammans med den begränsade tillgängligheten av litium och kobolt (ett annat nödvändigt element för LIBs), att använda LIB kan snart bli ett stort problem. Så ett team av forskare vid Tokyo University of Science, ledd av Prof Shinichi Komaba, bestämde sig för att gå vägen mindre rest:De fokuserade på att ersätta det uttömliga grundämnet litium med bättre alternativ som natrium och kalium. Natrium och kalium finns i samma alkalimetallgrupp i grundämnenas periodiska system, och deras kemiska natur är, därför, ganska lika. Men, till skillnad från litium, dessa grundämnen är allmänt rikliga på jorden, och att använda dem för att utveckla högpresterande uppladdningsbara batterier skulle vara ett genombrott mot ett mer hållbart samhälle.

Under 2014, Prof Komaba, tillsammans med professor M. Stanley Whittingham, som vann Nobelpriset i kemi 2019, analyserade det aktuella utvecklingsläget för natriumjonbatterier och publicerade sina bedömningar som en recension. Detta blev en mycket citerad studie, med över 2, 000 citat endast under de senaste 5 åren. Prof Komaba och hans team undersökte sedan andra rimliga alternativ till LIBs, kaliumjonbatterier (KIB), som långsamt har blivit fokus för omfattande forskning sedan 2015 efter vissa banbrytande studier (t.ex. en studie publicerad i Naturmaterial under 2012), varav några utfördes av Komabas grupp. Användningen av kalium i batterier är lovande eftersom de visar jämförbar (eller till och med bättre) prestanda som LIBs. Vad mer, de material som krävs för att bygga KIB är alla giftfria och mycket rikligare än de som krävs för LIB. Prof Komaba säger, "Genom att studera nya material för tillämpningar i litium-, natrium-, kaliumjonbatterier, vi ville utveckla en energieffektiv och miljövänlig teknik."

I ett anmärkningsvärt försök att underlätta ytterligare forskning om KIB:er, forskargruppen under ledning av prof Komaba analyserade KIB:s arbete i detalj i en omfattande översikt publicerad i Kemiska recensioner . Deras uppsats omfattar allt relaterat till utvecklingen av KIB:er, från katod- och anodmaterial, olika elektrolyter och helt fasta KIB:er, till elektroddopning och elektrolyttillsatser. Dessutom, recensionen jämför de olika materialen som används i litium-, natrium-, och kaliumjonbatterier. Eftersom det är den enda studien som utförligt analyserar flera aspekter av laddningsbara batterier, det kan visa sig vara riktigt användbart för att leda nuvarande och framtida forskare i rätt riktning. Att ha omfattande volymer av tidigare forskning om KIB:er och all förvärvad insikt kondenserad till en enda artikel är av enormt värde för alla som är intresserade av att fördjupa sig i detta forskningsämne.

Den kontinuerliga utvecklingen av KIB kommer förhoppningsvis att medföra en ökning av användningen av detta eftertraktade alternativ till LIB. "Som bevisats av nyligen intensiv forskning, KIB:er erkänns som lovande nästa generations batterikandidater på grund av deras unika egenskaper, som kostnadseffektivitet, högspänning, och högeffektsdrift. Ytterligare förbättringar av KIB:ers prestanda skulle bana väg för deras praktiska tillämpning, " förklarar Prof Komaba.

Dock, forskning om vissa aspekter av KIB, som deras säkerhet, har varit begränsad, och fokus bör läggas på att få mer insikt i vad som händer fysiskt och kemiskt mellan de olika komponenterna och elementen. Prof Komaba är hoppfull i detta avseende och avslutar med att säga:"Forskning om KIB:er, inklusive elektrodmaterial, icke-vattenhaltiga/fasta elektrolyter, och tillsatser kommer att ge nya insikter i elektrodreaktionerna och fasta joner, öppna upp nya strategier som skulle möjliggöra skapandet av nästa generations batterier." Hans forskargrupp har också fokuserat på superkondensatorer och biobränsleceller tillsammans med både LIB:er och natriumjonbatterier, som alla kan få mycket viktiga funktioner i ett mer hållbart samhälle i framtiden.