半液態金屬陽極研制成功 鋰電池容量或將提升10倍 液態金屬是什么？

• 2019年7月11日 YaoEnHua來源：新浪網 534 29
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據報道，卡內基梅隆大學梅隆理工學院的研究人員研發出一種半液態鋰金屬陽極，可為電池設計提供一種新范式。利用此種新型電極制成的鋰電池將鋰電池容量提升10倍，而且與采用鋁箔制成陽極的傳統鋰金屬電池相比，更加安全。

據報道，卡內基梅隆大學梅隆理工學院的研究人員研發出一種半液態鋰金屬陽極，可為電池設計提供一種新范式。利用此種新型電極制成的鋰電池將鋰電池容量提升10倍，而且與采用鋁箔制成陽極的傳統鋰金屬電池相比，更加安全。

目前，電池中使用的是具揮發性的液體電解質，解決方案之一是使用固體陶瓷電解質替代，此類電解質導電性高、不可燃以及具有足夠強大的抗枝晶性。但是，研究人員發現，陶瓷電解質和固體鋰陽極之間的接觸不足以存儲和供應大多數電子產品所需的電量。卡內基梅隆大學制造出一種新型材料，半流體金屬陽極，克服了該缺點。

液態金屬是什么、液態金屬的定義

液態金屬是什么?液態金屬，它也被稱為塊狀非晶，原子呈無序排列，無晶界，微觀結構均勻，無析出相。液態金屬和傳統金屬有什么不同?液態金屬與傳統金屬相比之下，傳統金屬原子呈有序排列，有晶界，有析出相，微觀結構不均勻。而金屬材料的性能大多由內部結構決定。作為新時代最火的新型材料，液態金屬可以說受到了廣泛的關注。下面賢集網的小編就來為大家介紹一下，液態金屬是什么、液態金屬的定義、發展以及用途。

液態金屬的定義

即非晶態金屬，有時又稱作“金屬玻璃”，普通金屬(合金)一般為晶態結構，而液態金屬即為非晶態結構。

在介紹液態金屬前，首先要強調的是，事實上現在我們所遇見的很多奇怪的金屬合金實際上是由不同名稱描述的相同材料。例如，Liquidmetal Alloys，Vitreloy，無定形金屬和金屬玻璃基本上指的是同一類別的新型金屬，它們呈現非晶態的原子結構排列。要了解這些材料是什么，更重要的是了解如何更好地使用這些材料，首先必須了解“冶金”領域的一些基本原理。

冶金是一種古老的實踐，其專注于金屬合金的特定應用的開發和加工。古代冶金學家設計了用于武器的青銅和碳鋼合金，而現代冶金學家發展了飛機用的鋁和鈦合金。盡管經歷了數百年的技術發展，但是金屬合金卻似乎具有了一個共同的特性：具有原子結晶結構;即它們的原子被排列成自然有序的圖案，并且這些排列也代表著材料的最穩定的結構(嘗試搖晃一個充滿球形大理石的玻璃瓶一段時間，然后靜置并觀察這些大理石球體緊密的排列)。金屬的結晶結構在加工和機械性能方面都是優缺點摻半的。這些材料展示了廣泛的應用趨勢，但是同樣應用也會受到限制。例如，金屬的熔融溫度通常是與其硬度成正比的，材料的強度通常與其延展性成反比的。而這意味著具有低熔點(易于鑄造)的合金通常是柔軟的，低強度的;而具有高熔點的合金(不能很容易鑄造)通常是硬的，高強度的和脆性的。這些規則近幾個世紀以來控制著金屬合金的發展，并解釋了特定應用材料之間的競爭。例如，如果想要使用一種金屬，你可能會在鋁合金，鈦和鋼之間搖擺不定。鋁合金可以鑄造成網狀，這能降低生產成本，但是很容易劃傷且太柔軟。鋼板可以耐沖壓并且非常耐刮擦，但是鋼比鋁更致密，使得其更重。鈦合金的密度低，強度高，但同樣的熔點高，不易加工或鑄造，此外其價格還比鋼或鋁貴。這時在使用中就必須對金屬合金進行權衡，這個過程也稱為“機械設計的材料選擇”。

那么，現在如果開發的金屬合金不再受金屬結晶的典型趨勢的限制呢?那么這樣的金屬就可以在具有低熔融溫度方便鑄成網狀的同時還能具有中等密度，并保持著鋼的高強度和耐劃傷性。該種材料最先由美國加州理工的Duwez教授在1960年用快淬工藝制備得到，當時得到的是Au-Si非晶合金。這種材料的關鍵形成條件在金屬熔體的冷卻過程中讓其冷卻速率足夠大，熔體處于過冷狀態，此時金屬熔體的剪切粘度會急劇增大，導致傳質過程困難，結晶反應被抑制乃至避免，熔體中的原子來不及進行規則排列(結晶)而形成獨特的短程有序，長程無序的原子排布，也就是非晶合金。

通過圍繞深熔點(也稱為“共晶體”)合金組成的設計，可以將合金從液態(其中不存在晶體結構)冷卻至室溫而不形成晶體結構(因為晶體的形成需要時間，類似搖玻璃瓶)。通過快速冷卻，可以將“液態”原子結構捕獲到非結晶(或“無定形”)固體中，產生一類新的金屬合金，就稱為非晶金屬或液態金屬。

液態金屬材料的應用領域十分廣闊，但目前整個市場應用還處于起步階段。有些的公司成功突破了材料改性技術，制造出了不同熔點、不同粘度、不同熱導率/電導率以及不同物理形態的液態金屬材料，受到了國內外知名企業的青睞。

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