德克萨斯农工大学研究人员开发出一种金属凝胶，可能改变电池技术

德克萨斯农工大学的研究人员开发出了首个已知的金属凝胶。与用于洗手液、护发产品或隐形眼镜的普通凝胶不同，这种新材料完全由金属制成，并能承受极端高温。这一发现可能在能源存储领域带来革命性变化。

该凝胶是通过将两种金属粉末混合而成的。加热时，一种金属会熔化成液体，而另一种则保持固态并形成微米级的支架结构。液态金属被困在这种结构中，从而形成了看起来像固体但实际上含有液体的凝胶状物质。

日常使用的凝胶是在室温下由有机骨架固定住液体的半固体材料。与之不同的是，金属凝胶需要非常高的温度，这取决于所用的金属，可以达到约1000摄氏度或1832华氏度。

“金属凝胶此前从未被报道过，可能是因为没有人认为液态金属能够被内部超细骨架支撑起来。”材料科学与工程系教授、该项研究的领导者迈克尔·J·德姆科维茨博士说道。“令人惊讶的是，在这种情况下，主要成分——铜——熔化成液体后，并没有像纯铜那样简单地崩溃成一滩。” 重要的是：由强电负性高活性金属与其它材料有强烈电吸引力 的金属凝胶制成的金属凝胶 可以用作液态金属电池（LMBs）中的电极。

简单来说，这些金属非常活跃且容易与其他物质结合，这有助于电池高效工作。LMBs 是一种特殊的电池类型，用于储存和释放大量电能。与大多数使用固体材料的电池不同，它们由液态金属层组成。由于其部件是液态的，因此不像普通电池那样容易磨损。

迄今为止，LMBs 主要被用于大型固定系统中，例如在需要在断电时保持运行的建筑应用中作为备用电源。由于电池移动时内部液体会位移，因此它们没有被用于移动系统中，因为这可能会导致短路，从而使电池失去电力。

而金属凝胶电极则解决了这一问题。通过将液态金属固定住，它们有可能使LMBs 能够在诸如为大型船只或能够安全承受这些电池热量的重型工业车辆等移动系统中使用。为了测试这个想法，研究人员用两个立方体形状的电极制作了一个小型实验室版电池。

一个由液态钙和固态铁混合物制成，作为阳极；另一个由液态铋和铁制成，作为阴极。当将电池置于熔融盐中时——这是一种允许电流在两者之间流动的热液体——该电池成功工作了。它产生了电力，并且主要由液态组成的电极保持形状并按预期运行。

这项研究由Demkowicz领导的团队以及博士生Charles Borenstein完成，Borenstein是发表在《先进材料工程学报》上的一篇论文的第一作者。Demkowicz和Borenstein表示，最初他们只是探索铜和钽复合金属的行为，结果意外发现了这一现象。

“我们只是在探索不同加热处理方法对复合材料的影响，”Demkowicz说。“最初我们只想知道：这种复合材料是否能熬到其中一种成分熔化？”Borenstein最初将25%钽和75%铜的复合材料放入加热至铜熔点的炉子中。“什么都没发生，这让我有点困惑，”他说，并指出铜没有流出并聚集成池状。“我们对这些结果感到非常惊讶。”在测试了其他比例后，他发现任何含钽体积超过18%的金属组合仍然保持凝胶状态。

下一步是将新结构带到配备有高分辨率微CT扫描仪的实验室，以检查金属凝胶的内部结构。尽管铜和钽不是理想的电极材料，但它们适合CT扫描。正如预期的那样，钽形成了一个实心支架结构，将液体铜包裹在其孔隙中。

这时，团队将其研究转向铁、铋和钙等电池材料，并展示了金属凝胶LMB的可行性。 德莫维奇表示，为可移动应用设计的LMB也可以采用凝胶状复合电解质，例如由陶瓷基体支持的熔盐，通过其中电极的离子可以通行。

他还强调了LMB的其他潜在应用，其中包括一个他认为特别令人兴奋的研究方向：为超高速飞行器供电，比如德克萨斯A&M大学应用超高速研究中心正在可行性研究中的那些超高速飞行器。超高速飞行器在极高温度下运行，并且理论上可以由非常热的LMB来供电。

编撰自论文“作为液态金属电池电极的形状保持金属凝胶”.先进工程材料.2025相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于公开图库。