说的液态金属，恐怕大家最熟悉的还是《终结者2》中的液态金属机器人T-1000，T-1000具有液态金属材质，能够根据控制指令随意变换形态，这给我们留下了深刻的印象，在现实中液态金属可没有电影中的那么智能和炫酷，它更多的是作为一种功能性材料出现。今天要给大家介绍的是一款具有液态金属电极的新型储能电池。液态金属电池是从可充电液态熔盐电池发展而来，随着太阳能发电和风能发电的大规模建设，对分布式储能电站的需求越来越大。自1960年代开始，由于低成本和长寿命，可充电液态熔盐电池的研究就得到了重视。发展到现在，Na-S液态金属电池(NAS)已经商业化应用，在全世界范围内有超过200项的工程应用，但是由于该电池需要使用Na离子选择性薄膜β-Al2O3，β-Al2O3是一种脆性材料，极容易产生裂纹，会导致电极材料之间发生严重的副反应，导致电池起火。2011年，安装在日本三菱材料公司筑波工厂的NAS电池就因为隔膜裂缝发生了严重的起火事件。
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为了改善NAS电池的安全性，后来人们由开发出了ZEBRA电池，但是由于仍然需要使用β-Al2O3作为隔膜，限制了电池的电流密度的提高。直到2009年Sadoway教授的研究团队才开发出了一款新型的液态金属熔盐电池，该电池基于正负极和电解液不同的密度自然分成三层，从而不需要使用隔膜，提高了电池的安全性和电池大电流放电能力。但是该电池的工作电压过低，早期产品工作电压不足1V，改进型的产品也仅0.8V左右，无法商业化应用。
近日，挪威科技大学的Junli Xu对这种新型的液态金属电池进行了改进，采用液态的Na作为负极，漂浮在电池的上层，液态Zn作为正极，沉于电池的底部，以NaCl-CaCl2-ZnCl2熔盐作为电解液，处在正负极中间。由于不需要采用隔膜，该电池电阻更低，电压衰降更少，电流密度更大。该电池的放电平台范围为1.4-1.8V，更为重要的是该电池可以在高电流密度下进行放电，在100mAh/cm2的电流密度下，该电池的放电电压仍然高于1.1V，在200mAh/cm2的电流密度下，电压高于0.8V。
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该电池包含一个石墨坩埚，一个氧化铝绝缘桶，孔隙率为300ppi氧化镁稳定氧化锆薄片，Mo金属电流导线，电解液采用NaCl: CaCl2 (50:50 mol %)，熔点为500℃，电池的工作温度为560℃。首先，将锌放置于电池的底部，并加入相应数量的干燥NaCl: CaCl2盐，然后该电池被移入到管式炉中，加热到560℃，正极通过石墨引出，Mo线作为负极，将Mo线插入到熔盐中2cm。在充电的过程中，熔盐中的Na+还原成为Na金属负极，而Zn被氧化成为Zn2+，进入到熔盐中，放电过程则刚好相反。
该电池的成本约为4.3$/KWh，是一种低成本的储能电池，非常适合在风力发电厂和太阳能发电厂进行大规模的储能应用。该电池目前存在的较大的问题是工作过程需要高温，需要良好的保温措施。并且自放电较大，需要通过设计优化降低电池的自放电。小编认为该电池可以用作长期储存的备用电池，电池充满电后将电池降温，正负极和电解液均会凝固，从而避免了所有的副反应，可以长期稳定存储，在需要的时候加热就可以进行放电。
参考文献
Na-Zn liquid metal battery, Journal of Power Source, 332(2016), Junli Xu, et. al
原标题：锂离子电池新危机，液态金属可充电电池研究取得新突破
