德克薩斯大學(xué)奧斯汀分?？瓶死谞柟こ虒W(xué)院的研究人員開發(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，同時消除了它們的主要缺點并節(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”，它同時結(jié)合了固態(tài)、液態(tài)電池的優(yōu)點。
固態(tài)電池具有顯著的能量存儲能力，但是它們通常會遇到許多問題，這些問題會導(dǎo)致它們隨著時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，而不會長期損壞已售出的設(shè)備，但是液態(tài)電池不能滿足高能量需求，或者需要大量資源來不斷加熱電極并使之保持熔融狀態(tài)。
研究人員稱，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——因為當(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——包括更多的能量，更高的穩(wěn)定性和柔韌性。而且沒有兩者各自的缺點，同時還可以節(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更低的電池。與基于鉛和汞的液態(tài)金屬電極相比，無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，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單、維護成本低、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，而且其較高的功率密度和能量密度滿足了能量型和功率型雙重應(yīng)用特點，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)備中實現(xiàn)?！?
研究人員在該項目上花費了三年多的時間，但這項工作尚未完成。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降低生產(chǎn)成本的替代材料，仍然是一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
增加室溫電池電量的下一步是改進電解質(zhì)，電解質(zhì)是使電荷流過電池的組件?！氨M管目前我們的電池?zé)o法與高溫液態(tài)金屬電池競爭，但如果設(shè)計具有高電導(dǎo)率的先進電解液，則有望獲得更好的動力性能。”
