三层液态金属电池的重要原料：钙

10多年前，美国麻省理工学院材料化学教授唐纳德·萨多维与其学生发明了大容量液态金属电池。现在，他的团队又发现了可使这一技术更加廉价、实用的新的化学成分——钙，为液态金属电池的大规模应用开辟了道路。

他们最新发表在《自然通讯》杂志上的研究显示，钙——一种丰富而且廉价的化学元素——可以成为三层液态金属电池的重要原料。萨多维表示，这一发现实属意料之外，因为钙的属性让它看起来几乎不可能成为液态金属电池的原料。一方面，钙很容易溶解在盐溶液中，然而液态金属电池的主要特征之一就是它的三种关键成分要形成相互独立的层；另一方面，钙具有很高的熔点，如果用它做原料，液态金属电池就不得不在900摄氏度的高温下工作。

然而这种看起来最没戏的材料却激起了研究人员的兴趣。因为廉价的钙可以大大降低液态金属电池的成本，而且其固有的高压性能使其成为液态金属电池负电极层的优秀“候选人”。

为了解决钙的熔点问题，研究人员将钙与廉价且熔点远低于钙的镁进行了合金化处理。二者的结合使原来的熔点降低了300摄氏度，同时依然保持了钙的高压性能。

一个创新是在液态金属电池中间层即电解质的设计上。电池在使用状态时，电离子会在电解质中游动，伴随着它们的游动，电流会从连接液态金属电池两极的电线中通过。

新设计的电解质包含氯化锂和氯化钙的混合物，而作为负电极层的钙镁合金恰恰不易溶解于这种电解质。这一设计还带来了新的惊喜。通常，在通电的电池中，游动的电离子是单独行动的。例如，在锂离子电池中只有锂离子会游动，在钠硫电池中只有钠离子会游动。但是研究人员发现，在最新设计中，多种电离子会在电解质中游动，增加了电池的整体能量输出。

萨多维表示，这一偶然发现将为电池设计开辟新的道路。他说：“随着时间流逝，大家可以探索化学周期表上更多的元素来找到更好的电池配方。”