為獲得最高的能量密度，位于元素周期表左上方的金屬鋰成為了當(dāng)今二次電池的第一選擇，其極負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(-3.04V)意味著其與正極組成全電池后，電池具有高的電壓輸出;而鋰金屬是最輕的金屬，這又意味著具有較高的克比容量。能量=比容量×電壓，因此鋰相關(guān)電池技術(shù)能量密度在現(xiàn)行電池中幾乎是最高的。此外，鋰離子電池還擁有體積小的優(yōu)點(diǎn)。因此其在90年代的產(chǎn)業(yè)化后迅速推進(jìn)了智能手機(jī)、相機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車等諸多領(lǐng)域的革命性發(fā)展。

　　然而，鋰電池發(fā)展到現(xiàn)在似乎遇到了一個(gè)“瓶頸期”，能量密度提升緩慢，成本下降并不迅速，而且在快充、適應(yīng)溫度范圍、更大規(guī)模部署應(yīng)用(電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能)以及資源豐度方面都已經(jīng)遇到了挑戰(zhàn)。因此人們一直在尋找一種新的二次電池技術(shù)彌補(bǔ)鋰電的不足，鈉以及電荷數(shù)大的鎂、鋅、鋁金屬子都是目前重要的研究方向。

　　然而，高價(jià)態(tài)鎂、鋅、鋁離子二次電池研究具有很高的難度，其高價(jià)態(tài)和比鋰還小的半徑使其與陰離子緊密吸附從而在晶體結(jié)構(gòu)中很難自由的嵌入和脫出，且其在電解液中強(qiáng)烈的溶劑化效應(yīng)使其在嵌入離子通道過程中也很難去溶劑化，因此其發(fā)展非常緩慢。鈉元素儲(chǔ)量幾乎是鋰儲(chǔ)量的1000倍、性質(zhì)與鋰接近使其研發(fā)可以借鑒鋰離子電池的工藝和材料體系，在所有電池體系中最被寄予厚望，國內(nèi)外在工程中試開發(fā)方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，被很多人認(rèn)為尤其在固定儲(chǔ)能領(lǐng)域可能提供有力的解決方案(能量密度略低于鋰電)。

　　鈉、鉀離子相對(duì)于鋰離子豐度更高

　　然而在鈉離子電池受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的同時(shí)，堿金屬兄弟之一——鉀元素受到的關(guān)注卻要少的多。雖然同為第一主族元素性質(zhì)相似且鈉鉀具有相似的儲(chǔ)量，但在鈉鉀之間，前者似乎更有希望——畢竟鈉離子與鋰離子半徑上更為接近(鉀離子半徑和質(zhì)量都更大)，很多材料體系更有希望直接參考鋰離子電池的研發(fā)成果，如果低成本的鈉離子電池能夠產(chǎn)業(yè)化，那么具有相近儲(chǔ)量，但是在材料結(jié)構(gòu)相同的前提下能量密度會(huì)更低的鉀離子電池就變的幾乎沒有必要(但是實(shí)際上這個(gè)前提并不一定成立，后面會(huì)解釋)。但近期對(duì)于鈉離子和鉀離子電池的試驗(yàn)結(jié)果顯示，鉀離子的這一劣勢有可能被其一些獨(dú)特優(yōu)勢得以彌補(bǔ)。

　　(1)氧化還原電位。同為第一主族元素，三者的電極電位并不符合我們一般的常識(shí)推斷，不是從上至下越來越負(fù)(即容易失去電子)。鋰-3.04V;鈉-2.71V;鉀-2.93V。因?yàn)殡姵氐碾妷旱扔谡?fù)極的電勢差，因此由負(fù)極電位不那么“負(fù)”的鈉材料構(gòu)成的鈉離子電池往往電壓偏低，而鋰和鉀的電位更相似，因此鉀離子電池有望與鋰離子電池一樣，在高電壓這一方面確立優(yōu)勢。