德克薩斯大學奧斯汀分校科克雷爾工程學院的研究人員開發(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，同時消除了它們的重要缺點并節(jié)省了能源，擁有廣闊的應用前景。

目前，相關(guān)成果已經(jīng)發(fā)表在《先進材料》（AdvancedMaterials）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)電池可以更加有效地輸送能量，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)。

“這種電池可以供應固態(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。”研究論文重要作者YuDing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。

室溫電池有望供應比當今大多數(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，可以供應的功率就越大。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)展供應了支撐。

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用特點，具有很大的潛力。

“我們很高興看到液態(tài)金屬可以供應一種有希望的替代傳統(tǒng)電極的替代品。”YuDing教授表示。“鑒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。尋找能夠供應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)。

新增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。“盡管目前我們的電池無法與高溫液態(tài)金屬電池競爭，但假如設(shè)計具有高電導率的先進電解液，則有望獲得更好的動力性能。”