鈣可成為液態(tài)金屬電池重要原料
10年前，美國(guó)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。現(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(jià)、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(jià)的化學(xué)元素——可以成為三層液態(tài)金屬電池的重要原料。
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)金屬電池的主要特征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)，如果用它做原料，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(jià)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(jià)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(shí)依然保持了鈣的高壓性能。
另一個(gè)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(shí)，電離子會(huì)在電解質(zhì)中游動(dòng)，伴隨著它們的游動(dòng)，電流會(huì)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(dòng)的電離子是單獨(dú)行動(dòng)的。例如，在鋰離子電池中只有鋰離子會(huì)游動(dòng)，在鈉硫電池中只有鈉離子會(huì)游動(dòng)。但是研究人員發(fā)現(xiàn)，在最新設(shè)計(jì)中，多種電離子會(huì)在電解質(zhì)中游動(dòng)，增加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(shí)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。”