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德克萨斯大学研究出室温液态金属电池,兼备固态和液态电池优点

目前市面上,大多数电池都是由固态电极(如便携式电子产品的锂离子电池)或液态电极(包括智能电网的流动电池)组成。为此,德克萨斯大学的研究人员发明了一种他们称之为“室温全液态金属电池”的东西,把液态和固态电池两种电池的优点都囊括其中。

固态电池具有强大的储能能力,但它们通常会遇到许多问题,导致电池的性能随着时间的推移而降低,效率也会降低。液态电池则可以更有效地提供能量,而且不会像固态电池那样长期老化,但它们要么无法满足高能量需求,要么需要大量资源来持续加热电极并使其保持熔融状态。

研究人员称,在他们研发的电池中,金属电极可以在20摄氏度(68华氏度)的温度下保持液化,这是液态金属电池有史以来最低的工作温度。这是一个重大的变化,因为目前的液态金属电池必须保持在240摄氏度以上的温度。

该论文的第一作者丁宇(音译)说:“这种电池可以同时提供固态和液态的所有优点——能量增高、稳定性和灵活性增加,而没有各自的缺点,同时还能节约能源。”该论文发表在《先进材料》杂志上。

德克萨斯大学研究出室温液态金属电池,兼备固态和液态电池优点

图片来源:德克萨斯大学

电池以钠钾合金为阳极,以镓基合金为阴极。在论文中,研究人员指出,使用不同的材料可以制造出熔点更低的电池。研究人员表示,他们的常温电池不仅能比锂离子电池提供更多的能量,而且充电和传输能量的速度还是现在的几倍。由于液体成分,电池可以根据需要的电量伸缩。电池越大,它能提供的能量就越多。

于教授说:“我们很高兴看到液态金属可以成为一种很有前途的替代传统电极的方法。鉴于所展示的高能量和功率密度,这种创新电池有望应用于智能电网和可穿戴电子设备。”

研究人员已经在这个项目上花费了三年多的时间,但是这项工作还没有完成。与传统电池的一些关键材料相比,构成这种新电池支柱的许多元素更为丰富,降低了大规模生产的难度和成本。然而,镓仍然是一种昂贵的材料。寻找替代材料,既能提供相同的性能,又能降低生产成本仍然是一个关键挑战。

丁教授说:“虽然我们的电池在现阶段无法与高温液态金属电池抗衡,但如果设计出高电导率的高级电解质,则有望获得更好的供电能力。”

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