衡陽瑞達(dá)述美研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)鈣可成為液態(tài)金屬電池重要原料

發(fā)布時間:2024-09-21 閱讀:0 來源: 衡陽瑞達(dá)

  

  10年前,美國麻省理工學(xué)院材料化學(xué)教授唐納德·薩多維與其學(xué)生發(fā)明了大容量液態(tài)金屬電池?,F(xiàn)在,他的團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)了可使這一技術(shù)更加廉價、實(shí)用的新的化學(xué)成分——鈣,為液態(tài)金屬電池的大規(guī)模應(yīng)用開辟了道路。他們最新發(fā)表在《自然通訊》雜志上的研究顯示,鈣——一種豐富而且廉價的化學(xué)元素——可以成為三層液態(tài)金屬電池的重要原料。

  鈣液態(tài)電池的藝術(shù)設(shè)計(jì)圖

  薩多維表示,這一發(fā)現(xiàn)實(shí)屬意料之外,因?yàn)殁}的屬性讓它看起來幾乎不可能成為液態(tài)金屬電池的原料。一方面,鈣很容易溶解在鹽溶液中,然而液態(tài)金屬電池的重要特點(diǎn)之一就是它的三種關(guān)鍵成分要形成相互獨(dú)立的層;另一方面,鈣具有很高的熔點(diǎn),假如用它做原料,液態(tài)金屬電池就不得不在900攝氏度的高溫下工作。

  然而這種看起來最沒戲的材料卻激起了研究人員的興趣。因?yàn)榱畠r的鈣可以大大降低液態(tài)金屬電池的成本,而且其固有的高壓性能使其成為液態(tài)金屬電池負(fù)電極層的優(yōu)秀“候選人”。

  為了解決鈣的熔點(diǎn)問題,研究人員將鈣與廉價且熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于鈣的鎂進(jìn)行了合金化處理。二者的結(jié)合使原來的熔點(diǎn)降低了300攝氏度,同時依然保持了鈣的高壓性能。

  另一個創(chuàng)新是在液態(tài)金屬電池中間層即電解質(zhì)的設(shè)計(jì)上。電池在使用狀態(tài)時,電離子會在電解質(zhì)中游動,伴隨著它們的游動,電流會從連接液態(tài)金屬電池兩極的電線中通過。

  新設(shè)計(jì)的電解質(zhì)包含氯化鋰和氯化鈣的混合物,而作為負(fù)電極層的鈣鎂合金恰恰不易溶解于這種電解質(zhì)。這一設(shè)計(jì)還帶來了新的驚喜。通常,在通電的電池中,游動的電離子是單獨(dú)行動的。例如,在鋰離子電池中只有鋰離子會游動,在鈉硫電池中只有鈉離子會游動。但是研究人員發(fā)現(xiàn),在最新設(shè)計(jì)中,多種電離子會在電解質(zhì)中游動,新增了電池的整體能量輸出。

  薩多維表示,這一偶然發(fā)現(xiàn)將為電池設(shè)計(jì)開辟新的道路。他說:“隨著時間流逝,大家可以探索化學(xué)周期表上更多的元素來找到更好的電池配方。”

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