首款半固态高温熔盐电池问世！专家：廉价材料

“如果你想要做出像土一样便宜的产品，就用土来制造它。” 储能电池领域泰斗、麻省理工学院材料科学与工程学系教授唐纳德?萨多维（Donald Sadoway）曾经这样指出过电池研究的未来方向。

如今，萨多维自己的液态金属电池尚在商业化的进程中，而克服了液态金属电池绝大多数瓶颈的半固态金属电池则已经在路上。近日，新能源和材料科学领域重要期刊《储能材料》（Energy Storage Materials）刊发了一篇由中科院领衔国内外六家大学和科研机构合作完成的新文章。

图 | 相关论文（来源：Zhang et al., 2021.）

文章报道，他们首次制备出了半固态高温熔盐金属空气电池的电解质，由它制成的电池表现出了极高的效率和可与锂离子电池媲美的能量密度。在锂离子电池的发展遇到瓶颈之际，这种在高温下工作、由廉价材料制成的长寿命电池，为未来电池领域的研发找到了一条全新的低成本路径。

为此，DeepTech 对本文的通讯作者之一、中国科学院上海应用物理研究所彭程博士进行了专访，让他向我们的读者介绍了这种电池的突破意义。

图 | 半固态高温熔盐金属空气电池结构（来源：Zhang et al., 2021.）

全新电池类型：熔融盐电池

随着全世界抗击气候变化的努力不断深化，锂离子电池已经成为了近年来最受关注的高科技领域之一。由它赋能的电动汽车更是成为了炙手可热的投资标的，甚至和锂电池一起成为了白马股票，为 2020 年中国股市的 “小牛市” 做出了不可磨灭的贡献。

可以预计，电池技术和基于电池技术的新能源汽车将在未来相当长的一段时间内继续维持热度，为人类应对气候变化和环境威胁保驾护航。

然而，与大家的期待不尽相同的是，伴随着多年持续不断的快速发展，锂离子电池的成长遇到了巨大的瓶颈。可能不久后，常规锂离子电池的能量密度就将达到极限，难以进一步提高。

与此同时，锂离子电池的各种其它问题 —— 容易过温、过充，电量和功率随寿命的增加下降明显等问题也逐渐凸显。

解决这些问题，是电池研究的重中之重，相关的思路也有很多，刚刚上榜《麻省理工科技评论》2021 年 “十大突破性技术” 的锂金属电池就是其中之一。

图 | 锂金属电池刚刚上榜《麻省理工科技评论》2021 年 “十大突破性技术”（来源：《麻省理工科技评论》中文版）

但这些技术都有一个问题：作为原材料的锂，还是比较贵的。甚至有人预计，未来全球地缘政治关注的焦点，将从中东的产油国转向东非的产锂国，锂、钴等矿产资源的争夺也将愈来愈烈。

其实电池不用锂也是完全可以的。例如，唐纳德?萨多维发明的高温液态金属电池，就只使用了在高温下呈现出液态的金属锑、镁和熔盐电解质。萨多维认为，源材料的廉价，是整个电池廉价的根本。

2013 年，美国华盛顿大学的研究人员提出了基于熔盐中金属以及金属氧化物可逆反应的高温熔盐电池。这种电池以高温下熔融的碱金属碳酸盐或氯化物盐做为电解质，负极活性物质为铁和锌等廉价金属，正极活性物质更为简单直接 —— 就是空气。

自 2013 年问世至今，不过只有 8 年的时间，却展现出了诱人的前景。除了像萨多维所说的使用了 “土” 一样廉价的材料之外，这些材料制成的高温熔盐电池还有着很高的能量密度。

图 | 唐纳德?萨多维曾在 2018 年的全球新兴科技峰会上向观众描述高温液态金属电池的独特价值（来源：EmTech2018）

彭程表示：“（高温熔盐电池）可以激活高温中比较廉价的、活性相对比较低的元素，比如可在高温下让铁和锌变得非常有活性，由于铁和锌是廉价的过渡金属，每一个原子可以带两到三个甚至五个电子，相同情况下，可比锂多储存 3-5 倍的电量，这种储电方式叫多价态电子存储方式。因此，对于电池来讲，理论上的能量密度会很高。”

然而，作为一个新兴的电池概念，高温熔盐电池的商业化进展却还处于早期阶段。

彭程解释称：“高温熔盐金属空气电池是一种开放结构的高温熔盐电池，熔盐是暴露在空气中的。高温熔盐是性能优异电解质材料，但同时又是一种易流动易挥发的高温流体。在空气氛中，高温熔盐电解质的挥发严重，造成电池性能会急剧下降。另一方面，高温熔盐电池是一种液态电池，本征安全性不及固态电池。”

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0310/483.html