半液態(tài)金屬陽極研制成功 鋰電池容量或?qū)⑻嵘?0倍 液態(tài)金屬是什么？

• 2019年7月11日 YaoEnHua來源：新浪網(wǎng) 534 29
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據(jù)報道，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)梅隆理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出一種半液態(tài)鋰金屬陽極，可為電池設(shè)計(jì)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(tǒng)鋰金屬電池相比，更加安全。

據(jù)報道，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)梅隆理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出一種半液態(tài)鋰金屬陽極，可為電池設(shè)計(jì)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(tǒng)鋰金屬電池相比，更加安全。

目前，電池中使用的是具揮發(fā)性的液體電解質(zhì)，解決方案之一是使用固體陶瓷電解質(zhì)替代，此類電解質(zhì)導(dǎo)電性高、不可燃以及具有足夠強(qiáng)大的抗枝晶性。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，陶瓷電解質(zhì)和固體鋰陽極之間的接觸不足以存儲和供應(yīng)大多數(shù)電子產(chǎn)品所需的電量?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)制造出一種新型材料，半流體金屬陽極，克服了該缺點(diǎn)。

液態(tài)金屬是什么、液態(tài)金屬的定義

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

液態(tài)金屬的定義

即非晶態(tài)金屬，有時又稱作“金屬玻璃”，普通金屬(合金)一般為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，而液態(tài)金屬即為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。

在介紹液態(tài)金屬前，首先要強(qiáng)調(diào)的是，事實(shí)上現(xiàn)在我們所遇見的很多奇怪的金屬合金實(shí)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(xiàn)非晶態(tài)的原子結(jié)構(gòu)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(lǐng)域的一些基本原理。

冶金是一種古老的實(shí)踐，其專注于金屬合金的特定應(yīng)用的開發(fā)和加工。古代冶金學(xué)家設(shè)計(jì)了用于武器的青銅和碳鋼合金，而現(xiàn)代冶金學(xué)家發(fā)展了飛機(jī)用的鋁和鈦合金。盡管經(jīng)歷了數(shù)百年的技術(shù)發(fā)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(jié)晶結(jié)構(gòu);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(wěn)定的結(jié)構(gòu)(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(jié)晶結(jié)構(gòu)在加工和機(jī)械性能方面都是優(yōu)缺點(diǎn)摻半的。這些材料展示了廣泛的應(yīng)用趨勢，但是同樣應(yīng)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(qiáng)度通常與其延展性成反比的。而這意味著具有低熔點(diǎn)(易于鑄造)的合金通常是柔軟的，低強(qiáng)度的;而具有高熔點(diǎn)的合金(不能很容易鑄造)通常是硬的，高強(qiáng)度的和脆性的。這些規(guī)則近幾個世紀(jì)以來控制著金屬合金的發(fā)展，并解釋了特定應(yīng)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(wǎng)狀，這能降低生產(chǎn)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(qiáng)度高，但同樣的熔點(diǎn)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(jìn)行權(quán)衡，這個過程也稱為“機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇”。

那么，現(xiàn)在如果開發(fā)的金屬合金不再受金屬結(jié)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(wǎng)狀的同時還能具有中等密度，并保持著鋼的高強(qiáng)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(dāng)時得到的是Au-Si非晶合金。這種材料的關(guān)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(tài)，此時金屬熔體的剪切粘度會急劇增大，導(dǎo)致傳質(zhì)過程困難，結(jié)晶反應(yīng)被抑制乃至避免，熔體中的原子來不及進(jìn)行規(guī)則排列(結(jié)晶)而形成獨(dú)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(diǎn)(也稱為“共晶體”)合金組成的設(shè)計(jì)，可以將合金從液態(tài)(其中不存在晶體結(jié)構(gòu))冷卻至室溫而不形成晶體結(jié)構(gòu)(因?yàn)榫w的形成需要時間，類似搖玻璃瓶)。通過快速冷卻，可以將“液態(tài)”原子結(jié)構(gòu)捕獲到非結(jié)晶(或“無定形”)固體中，產(chǎn)生一類新的金屬合金，就稱為非晶金屬或液態(tài)金屬。

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

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