鈣可以成為三層液態金屬電池的重要原料

鈣液態電池的藝術設計圖

10年前，美國麻省理工學院材料化學教授唐納德·薩多維與其學生發明了大容量液態金屬電池。現在，他的團隊又發現了可使這一技術更加廉價、實用的新的化學成分——鈣，為液態金屬電池的大規模應用開辟了道路。

他們最新發表在《自然通訊》雜志上的研究顯示，鈣——一種豐富而且廉價的化學元素——可以成為三層液態金屬電池的重要原料。

薩多維表示，這一發現實屬意料之外，因為鈣的屬性讓它看起來幾乎不可能成為液態金屬電池的原料。一方面，鈣很容易溶解在鹽溶液中，然而液態金屬電池的主要特征之一就是它的三種關鍵成分要形成相互獨立的層；另一方面，鈣具有很高的熔點，如果用它做原料，液態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。因為廉價的鈣可以大大降低液態金屬電池的成本，而且其固有的高壓性能使其成為液態金屬電池負電極層的優秀“候選人”。

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

另一個創新是在液態金屬電池中間層即電解質的設計上。電池在使用狀態時，電離子會在電解質中游動，伴隨著它們的游動，電流會從連接液態金屬電池兩極的電線中通過。

新設計的電解質包含氯化鋰和氯化鈣的混合物，而作為負電極層的鈣鎂合金恰恰不易溶解于這種電解質。這一設計還帶來了新的驚喜。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。但是研究人員發現，在最新設計中，多種電離子會在電解質中游動，增加了電池的整體能量輸出。

薩多維表示，這一偶然發現將為電池設計開辟新的道路。他說：“隨著時間流逝，大家可以探索化學周期表上更多的元素來找到更好的電池配方。”