20℃室温全液态金属电池诞生：集固态液态电池优势于一身

发布时间：2022-03-31  浏览次数：

德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的研究人员开发了一种室温全液态金属电池，创下了目前液态金属电池的低工作温度记录。该电池结合了现有固态液态电池的许多优点，同时消除了它们的主要缺点并节省了能源，拥有广阔的应用前景。

目前，相关成果已经发表在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上。

大多数电池由固态电极（例如用于便携式电子设备的锂离子电池）或液态电极（包括用于智能电网的液流电池）组成。 UT研究人员创造了他们所谓的“室温全液态金属电池”，它同时结合了固态、液态电池的优点。

固态电池具有明显的能量存储能力，但是它们通常会遇到许多问题，这些问题会导致它们随着时间的推移而退化并降低效率。液态电池可以更有效地输送能量，而不会长期损坏已售出的设备，但是液态电池不能满足高能量需求，或者需要大量资源来不断加热电极并使之保持熔融状态。

研究人员称，该小组电池中的金属电极可以在20℃（68℉）的温度下保持液化状态，这是液态金属电池迄今记录的工作温度。这表示了重大变化——因为当前的液态金属电池通常保持在高于240℃的温度之中，以使金属电极保持在熔融状态。

“这种电池可以提供固态和液态的所有优点——包括更多的能量，更高的稳定性和柔韧性。而且没有两者各自的缺点，同时还可以节省能源。”研究论文主要作者Yu Ding表示。

这种新型电池将钠-钾合金作为阳极，镓基合金作为阴极，以物 相沉积金纳米层的不锈钢作为集流体。研究人员在论文中指出，使用不同的材料可以制造熔点更低的电池。与基于铅和汞的液态金属电极相比，无毒的镓基合金也更环保。

室温电池有望提供比当今大多数个人电子设备的固态锂离子电池更多的电量。研究人员说，它可以更快地充电和传递高出几倍的能量。

由于使用了液态成分，因此可以根据所需的功率轻松自由地“放大”或“缩小”电池。电池越大，可以提供的功率就越大。这种灵活性，使这些电池有可能为从智能手机和手表到用电基础设施的一切供电，从而为向可再生能源的发展提供了支撑。

综上，我们可以看到该电池不仅具备制备流程简单、维护成本低、循环寿命长等优点，而且其较高的功率密度和能量密度满足了能量型和功率型双重应用特点，具有很大的潜力。

“我们很高兴看到液态金属可以提供一种有希望的替代传统电极的替代品。”Yu Ding教授表示。“鉴于展示出的高能量和功率密度，以及液态金属具有优异的柔韧性和可拉伸性，该创新电池可以在智能电网和可穿戴电子设备中实现。”

研究人员在该项目上花费了三年多的时间，但这项工作尚未完成。构成这种新型电池主干的许多元素比传统电池中的某些关键材料更为丰富，从而使有潜力更易于大规模生产且成本更低。然而，镓仍然是昂贵的材料。寻找能够提供相同性能同时降低生产成本的替代材料，仍然是一个关键挑战。

增加室温电池电量的下一步是改进电解质，电解质是使电荷流过电池的组件。“尽管目前我们的电池无法与高温液态金属电池竞争，但如果设计具有高电导率的先进电解液，则有望获得更好的动力性能。”