德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校科克雷爾工程學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種室溫全液態(tài)金屬電池，創(chuàng)下了目前液態(tài)金屬電池的最低工作溫度記錄。該電池結(jié)合了現(xiàn)有固態(tài)液態(tài)電池的許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)消除了它們的主要缺點(diǎn)并節(jié)省了能源，擁有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，相關(guān)成果已經(jīng)發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）雜志上。
大多數(shù)電池由固態(tài)電極（例如用于便攜式電子設(shè)備的鋰離子電池）或液態(tài)電極（包括用于智能電網(wǎng)的液流電池）組成。UT研究人員創(chuàng)造了他們所謂的“室溫全液態(tài)金屬電池”，它同時(shí)結(jié)合了固態(tài)、液態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)。
固態(tài)電池具有顯著的能量存儲(chǔ)能力，但是它們通常會(huì)遇到許多問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致它們隨著時(shí)間的推移而退化并降低效率。液態(tài)電池可以更有效地輸送能量，而不會(huì)長(zhǎng)期損壞已售出的設(shè)備，但是液態(tài)電池不能滿(mǎn)足高能量需求，或者需要大量資源來(lái)不斷加熱電極并使之保持熔融狀態(tài)。
研究人員稱(chēng)，該小組電池中的金屬電極可以在20℃（68℉）的溫度下保持液化狀態(tài)，這是液態(tài)金屬電池迄今記錄的最低工作溫度。這代表了重大變化——因?yàn)楫?dāng)前的液態(tài)金屬電池通常保持在高于240℃的溫度之中，以使金屬電極保持在熔融狀態(tài)。
“這種電池可以提供固態(tài)和液態(tài)的所有優(yōu)點(diǎn)——包括更多的能量，更高的穩(wěn)定性和柔韌性。而且沒(méi)有兩者各自的缺點(diǎn)，同時(shí)還可以節(jié)省能源?！毖芯空撐闹饕髡遈u Ding表示。
這種新型電池將鈉-鉀合金作為陽(yáng)極，鎵基合金作為陰極，以物理氣相沉積金納米層的不銹鋼作為集流體。研究人員在論文中指出，使用不同的材料可以制造熔點(diǎn)更低的電池。與基于鉛和汞的液態(tài)金屬電極相比，無(wú)毒的鎵基合金也更環(huán)保。
室溫電池有望提供比當(dāng)今大多數(shù)個(gè)人電子設(shè)備的固態(tài)鋰離子電池更多的電量。研究人員說(shuō)，它可以更快地充電和傳遞高出幾倍的能量。
由于使用了液態(tài)成分，因此可以根據(jù)所需的功率輕松自由地“放大”或“縮小”電池。電池越大，可以提供的功率就越大。這種靈活性，使這些電池有可能為從智能手機(jī)和手表到用電基礎(chǔ)設(shè)施的一切供電，從而為向可再生能源的發(fā)展提供了支撐。
綜上，我們可以看到該電池不僅具備制備流程簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而且其較高的功率密度和能量密度滿(mǎn)足了能量型和功率型雙重應(yīng)用特點(diǎn)，具有很大的潛力。
“我們很高興看到液態(tài)金屬可以提供一種有希望的替代傳統(tǒng)電極的替代品?！盰u Ding教授表示?！拌b于展示出的高能量和功率密度，以及液態(tài)金屬具有優(yōu)異的柔韌性和可拉伸性，該創(chuàng)新電池可以在智能電網(wǎng)和可穿戴電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。”
研究人員在該項(xiàng)目上花費(fèi)了三年多的時(shí)間，但這項(xiàng)工作尚未完成。構(gòu)成這種新型電池主干的許多元素比傳統(tǒng)電池中的某些關(guān)鍵材料更為豐富，從而使有潛力更易于大規(guī)模生產(chǎn)且成本更低。然而，鎵仍然是昂貴的材料。尋找能夠提供相同性能同時(shí)降低生產(chǎn)成本的替代材料，仍然是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
增加室溫電池電量的下一步是改進(jìn)電解質(zhì)，電解質(zhì)是使電荷流過(guò)電池的組件。“盡管目前我們的電池?zé)o法與高溫液態(tài)金屬電池競(jìng)爭(zhēng)，但如果設(shè)計(jì)具有高電導(dǎo)率的先進(jìn)電解液，則有望獲得更好的動(dòng)力性能?！?
