新闻速览 | 液态金属电池产业发展现状及前景

近年来，可穿戴器件和皮肤电子器件得到了快速发展，对柔性电池提出了迫切的需求。具有柔软和延展性特性的电极材料可以为在频繁变形下延长器件寿命提供关键支撑。镓基室温液态金属（GBRTLM）其固有的流动性、导电性和生物相容性，是满足软电池要求的潜在候选材料。

为了满足可变形装置的要求，人们对电池的结构进行了精心设计，并对相关工艺进行了探索。通常，在弹性基底上涂覆一薄层硬材料，或将硬材料与软基底上的特殊设计结构连接，是柔性电池的两种通用策略。折纸、弹簧、蛇形石和岛桥等结构都出现在电池中。而电子束蒸发和光刻等复杂的制造工艺通常对时间和投资都提出了很高的要求。然而，无论结构和工艺多么精致，原本刚性的材料都无法承受频繁的变形和运动，只有真正柔性的材料才能完美地适用于可变形设备。

GBRTLM原则上是潜在的阴极候选材料。然而，其相对较高的市场价格阻碍了其在大规模储能中的应用。GBRTLM的使用可以减少热管理、密封和防腐的投资。在这方面，对于热管理至关重要的小型设备设计而言，它们可能是极具吸引力的候选者。另外，灵活性和延展性使其适合作为可穿戴设备的能量供应设备。作为主要的反应电极，GBRTLM赋予电池独特的功能，如灵活性、耐磨性和可打印性。此外，该电池在低温恶劣环境下作为可变形储能装置，具有广阔的应用前景。

目前，大多数报道的基于GBRTLM的电池仍处于原型阶段。这些电池要在电子领域商业化还有较长的路要走。这取决于跨学科知识的交叉应用和整合，包括电化学、柔性电子、传感、材料科学等。此外，GBRTLM作为电池中的柔性和自愈性电极已经有了一些研究。虽然这些方面还未得到系统的规模化应用，但已展示出巨大的发展前景，未来必将在柔性电池行业发挥重大作用。

液态金属电池的另一重大应用方向是高温液态金属电池（HTLMB）。HTLMB由两个液态金属电极组成，中间由熔盐电解质隔开。由于密度不同并且相互之间不混溶，这三层会自发地分离为上部（负极）、中部（电解液）和底部（正极）。两种金属电极之间的强相互作用为液态金属电池提供了热力学驱动力。在放电过程中，负极金属被氧化，层厚减小。氧化金属离子通过熔盐电解液与正极金属形成合金。同时，正极金属层的厚度增加。充电过程与放电过程则相反。(www.xing528.com)

自2006年以来，麻省理工学院（MIT）已重新开始开发HTLMB，并已报道了一系列重要工作。他们首次在560℃下使用NaF-NaCl-NaI共晶盐电解质对钠铋（Na | Bi）液态金属电池进行了测试。受相对较高的自放电电流和较高的铋价格的限制，研究人员将注意力转移到700℃下含有熔盐NaCl-KCl-MgCl2电解液的镁锑（Mg | Sb）液态金属电池上。随后，研究了使用熔融卤化锂电解液LiFLiCl-LiI的锂锑铅（Li | Sb-Pb）液态金属电池，工作温度约为450℃。此外，还发现，通过在正极中形成可逆的固体金属间化合物，自愈合Li | | Bi HTLMB可以更深地放电。

对高温液态金属电池的进一步研究集中于探索新的电池原理，合理控制界面，有效管理电池，以及降低工作温度。有学者报道了一种采用合金碲锡（Te-Sn）作为正极的电池。Sn的引入不仅提高了Te电极的导电性，而且抑制了Te在熔盐电解液中的溶解性。Li | Te Sn电池呈现高放电电压和高能量密度特性。

与目前可用的电池相比，HTLMB的优势可归因于性能、寿命、成本等方面。就性能而言，电极和电解液的流动性赋予了优异的动力学性能。就寿命而言，所有液体活性材料都不会受到机械故障的影响，因此可以避免体积膨胀和枝晶生长等退化机制。在成本方面，通过适当选择地球资源丰富且价格低廉的材料，可以实现低预算。HTLMB也有其不足之处，由于液态金属对运动敏感，并具有磁流体动力学不稳定性，电池的搬运可能导致短路。也就是说，与可用于便携式设备和柔性电子设备的其他电池不同，HTLMB仅适用于静态能量存储。此外，HTLMB工作时还需高温以确保材料的熔融状态，以及由此产生的热管理，密封和防腐等要求。