Wiederaufladbare Lithiumbatterien spielen eine wichtige Rolle bei der Deckung des weltweit wachsenden Bedarfs an tragbarer Energie. Diese kostengünstigen, kompakten und leichten Batterien sind die erste Wahl für die meisten tragbaren elektronischen Geräte, Elektro- / Hybridfahrzeuge, Solaranlagen usw. Die Verfügbarkeit von Lithium und Kobalt ist jedoch auf die Erdkruste beschränkt und beruht vollständig auf diesen Metallen ein Problem sein, um den zukünftigen Energiebedarf zu decken.
Aus diesem Grund arbeitet ein Wissenschaftlerteam der Tokyo University of Science unter der Leitung von Professor Shinichi Komaba daran, anstelle von Lithium ein alternatives Element für die Lithium-Ionen-Batterien (LIB) zu finden. Mit Natrium und Kalium in derselben Alkalimetallgruppe im Periodensystem ähnelt ihre chemische Natur Lithium und kann als brauchbarer Ersatz für Lithium dienen. Im Gegensatz zu Lithium sind diese Elemente auf der Erde jedoch weit verbreitet, und ihre Verwendung zur Entwicklung von wiederaufladbaren Hochleistungsbatterien wäre ein Durchbruch bei der Schaffung einer nachhaltigeren Umwelt. Diese Kaliumionenbatterien (KIBs)sind seit 2015 langsam in den Fokus umfangreicher Forschung geraten. Die Verwendung von Kalium in Batterien ist vielversprechend, da sie eine vergleichbare (oder sogar bessere) Leistung wie LIBs aufweisen. Darüber hinaus sind die für den Bau von KIBs erforderlichen Materialien alle ungiftig und viel häufiger und billiger als die für LIBs erforderlichen.
In einem bemerkenswerten Bemühen, die weitere Forschung zu KIBs zu erleichtern, analysierte die von Prof. Komaba geleitete Forschungsgruppe die Funktionsweise von KIBs in einer in Chemical Reviews veröffentlichten umfassenden Übersicht ausführlich. Das Papier umfasst alles, was mit der Entwicklung von KIBs zu tun hat, von Kathodenmaterialien, Anodenmaterialien, verschiedenen Elektrolyten und vollfesten KIBs bis hin zu Elektrodendotierungen und Elektrolytadditiven. Darüber hinaus werden in der Übersicht die verschiedenen Materialien verglichen, die in Lithium-, Natrium- und Kaliumionenbatterien verwendet werden.
Die Forschung zu bestimmten Aspekten von KIBs, wie z. B. ihrer Sicherheit, war jedoch begrenzt, und der Schwerpunkt sollte darauf gelegt werden, mehr Einblick in die physikalischen und chemischen Vorgänge zwischen den verschiedenen Komponenten und Elementen zu erhalten. Abgesehen davon hat sich die Forschungsgruppe von Herrn Komba auch auf Superkondensatoren und Biokraftstoffzellen sowie auf LIBs und Natriumionenbatterien konzentriert, die alle in Zukunft sehr wichtige Funktionen in einer nachhaltigeren Gesellschaft finden könnten.