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为未来提供动力-新型室温液态金属电池

德克萨斯大学奥斯汀分校考克雷尔工程学院的研究人员已经制造出一种新型电池,它结合了现有电池的许多优点,同时消除了它们的主要缺点并节约能源。

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。德克萨斯大学的研究人员发明了他们所谓的室温全液态金属电池。其中包括了液态和固态电池两方面的优点。

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。液态电池可以更有效地提供能量,而且不会像已售设备那样长期老化,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,该团队电池中的金属电极在20摄氏度(68华氏度)的温度下可以保持液态,这是有记录以来液体金属电池的最低工作温度。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。

这种电池可以同时提供固态和液态的所有优点。包括更多的精力,增加稳定性和灵活性;既不存在各自的缺点,又能节约能源。机械工程系步行者系余桂华副教授研究小组的博士后研究员余丁说。丁是该团队最近在《先进材料》上发表的一篇关于室温电池的论文的第一作者。

电池包括作为阳极的钠钾合金和作为阴极的镓基合金。在这篇论文中,研究人员指出,使用不同的材料有可能制造出熔点更低的电池。

这种常温电池比目前大多数个人电子产品的支柱锂离子电池供电更大。研究人员说,它充电和传输能量的速度要快几倍。

由于使用了液体组件,电池可以根据需要的电量很容易地伸缩。电池越大,能提供的能量就越多。这种灵活性使这些电池有可能为从智能手机、手表到支持可再生能源发展的基础设施等各种产品提供电力。

我们很高兴地看到,液态金属可以作为传统电极的一种很有前途的替代品。余教授说。鉴于所演示的高能量和功率密度,这种创新电池有可能应用于智能电网和可穿戴电子产品。

研究人员在这个项目上花了三年多时间,但这项工作尚未完成。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,这可能使大规模生产更容易、成本更低。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。

提高室温电池功率的下一步是改进电解质—允许电荷流过电池的元件。

虽然我们的电池在现阶段还无法与高温液态金属电池竞争,但如果能设计出高导电性的先进电解液,我们将有更好的供电能力。丁说。

参考文献:界面化学和润湿调节的可熔合金为基础的室温液体金属电池丁宇、郭学林、钱玉敏、薛雷刚、安德烈·多洛卡、余桂华,2020年6月17日,先进材料。

DOI: 10.1002 / adma.202002577

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