液态电池研发取得新进展
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图片说明:一位艺术家画出的钙液电池。图片来源:Christine Daniloff/MIT


十年前,美国麻省理工学院(MIT)教授Donald Sadoway和其学生发明了容量极大的液态金属电池,为可再生能源应用于电池提供了可能性。近日,Sadoway和他的团队又发现,钙这种丰富廉价的化学元素可作为负电极层的基础,熔盐可用于三层电池的中间层,这些化学成分的应用可以使电池更加实用和低廉。

该发现令科学家们十分意外,因为钙的一些属性使其不太可能应用于液态金属电池。例如,钙在盐中会很快分解,然而液态电池的一个显著特征就是,其每种化学成分根据各自的密度单独形成一个分层,这些分层必须界限分明,不能相互混合。另外,钙的熔点很高,因此这一特性会使电池的工作温度接近900摄氏度。但是幸运的是,这两个问题都可以得到解决。

首先,研究人员将钙和另一种廉价金属镁混合成合金,其熔点比钙的熔点大大降低,且电池的工作温度比单纯使用钙降低了300摄氏度,同时仍然保持了钙具有的高压优势。

另外一个创新在于电池中间层中使用的电解质成分,这些电解质由氯化锂和氯化钙的混合物组成,钙镁合金不会在这种混合物中分解,因此钙会在盐中分解的问题也得到了解决。但是解决这个问题使研究人员有了一个惊人的发现。一般来说,总有一种单一的流动离子穿过蓄电池中的电解质,例如锂离子电池中的锂,钠硫电池中的钠。但是研究人员发现,在采用了新的电解质成分之后,电解质中会同时穿过多种离子,从而加大了电池的总电量输出。

研究人员表示,这些发现只是冰山一角,但却可以为液态电池的设计提供新思路。由于所有的液态电池都会采用相似的容器、绝缘系统和电路控制系统,因此电池的内部化学结构会随着时间不断进化。另外,这些电池还可以在使用大部分相同成分的情况下,适应当地情况、实现物料可得。研究人员相信,随着时间的推移,人们也许能在元素周期表中找到更适合的化学元素组合,从而适应不断变化的市场。(科学之家,译审/编辑 Mignon)
文章来源: http://news.mit.edu/2016/chemistries-liquid-batteries-grid-scale-0322
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相关文献

 
1. A battery made of molten metals| Nancy Stauffer|http://news.mit.edu/2016/battery-molten-metals-0112
2. Donald R. Sadoway|http://dmse.mit.edu/faculty/profile/sadoway

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