一些来自美国的研究者相信，将低成本的金属材料和成熟的科学技术有机结合，可以创造出先进的蓄电池，从而帮助人们更好地储存和利用电能。来美国自麻省理工学院(MIT)材料化学系的Donald Sadoway教授便是这些学者中的一位。这位早年毕业于多伦多大学的金属化学专家来到MIT，并带领一个团队从事液态金属电池技术方面的研究，长达10年之久。

1994年，在参与了一项电动小货车的测试工作后，Donald Sadoway教授便开始对汽车动力电池技术产生兴趣。“当时那台试验车搭载了一块钠硫蓄电池，令我印象深刻的是，这套电驱动系统让这台小货车拥有了‘肌肉跑车’一般的性能，那之后我便开始研究各种可用作电动汽车动力源的方法。”之后不久，Donald Sadoway教授进入MIT，进行蓄电池相关课题的研究。

图1  LMB的结构由液态金属构成，且内部材料特性稳定

低成本，长寿命的蓄电池

“研发液态金属电池(LMB)的最初目的是制造出一种低成本、长寿命的蓄电池以实现在电网中的稳定储能。”Donald Sadoway教授介绍道，“随后，我们发现LMB可以通过改变体积适应各种不同领域的应用，电动汽车便是其中最重要的一个领域。”

Donald Sadoway教授开发的LMB使用了三种不同的元素：铅锑合金用于制造LMB的正极，布置于蓄电池结构的底部;锂铁合金用于制造LMB的负极，布置于蓄电池结构的顶部;以及由熔盐混合溶液制成的电解液(见图1)。这些物质的配比为：金属含量80%、电解液含量20%。

“理论上讲，理想的蓄电池应该拥有尽可能厚的电极板和尽可能少的电解液。我们希望LMB中含有足量的液态金属以防止短路，但考虑到LMB本身的容积，我们也不希望液态金属溶液浓度过高(可能出现金属晶体析出影响蓄电池性能)。同时，电解液带来的电压降(电压差)也是不能通过连接外部电路获取的，因此过高浓度的金属溶液对LMB来说意义并不明显。”Donald Sadoway教授继续说道。

图2  由于能量转换，LMB的温度将达到450℃，因此还不能完全适用于电动汽车

制造LMB的材料都很稳定，所以无需加以十分高规格的密封，这对于降低成本是非常重要的。然而最需要重视的是，须在对LMB实施正常密封时加入一些惰性气体作为保护气。此外，在常规环境中制造LMB需要保持环境干燥，空气中水分过多会使部分材料失效。

在符合规定的环境下制造出的LMB有着出色的输出特性。Donald Sadoway教授说：“利用逆变器将低压直流电转换为交流电的成本非常高，而如果提供直流电的蓄电池拥有足够高的电压，逆变成本就会大幅降低。”经过测量，单体LMB的输出电压可达1 V，这足以在逆变过程中节约成本。

LMB的电压衰减率很低，这对于电动汽车、手机和笔记本电脑意义重大。经试验和测算，LMB可以在经过10年的使用和充放电后依旧能保持原有电量的85%以上。“10年的寿命，远比那些只使用了3年就几乎不再具有充放电能力的传统蓄电池更具竞争力。”Donald Sadoway教授强调说道。

汽车应用

LMB充放电时，由于能量交换，将产生接近450 ℃的温度，这样的温度对布置在汽车内的动力电池来说还是太高了(见图2)。Donald Sadoway教授带领的研究团队正在努力尝试各种新的材料组合方式，以寻找能将反应温度降下来的方法。“如果我们能将LMB的工作温度降低至250 ℃以下的话，则可以实现用LMB驱动汽车。” Donald Sadoway教授继续说，“如果未来我们能实现将LMB装在汽车上，LMB的低衰减率特性和较低的制造费用可降低电动汽车的生产成本、使用成本到现阶段的1/5，电动汽车的寿命也将得到延长。”

理论上讲，搭载LMB的电动汽车可以直接由家用电源进行充电;此外，LMB更能适应恶劣的气候环境，即便在寒冷的环境中放置一晚，LMB也能在需要其运转时很快地达到工作温度、进入工作状态，顺利地驱动汽车行驶;同时，在制造商、经销商运送电动汽车的过程中，为了一次性运输更多的车辆，可能会将部分车辆倒置，LMB内部材料的稳定性使得其在倒置的情况下不会存在起火的危险。

另一个必须考虑的要素是蓄电池壳体遭到破坏后的安全性，因为凡是在道路上行驶的汽车就无法完全避免发生交通事故的可能，如果事故造成蓄电池壳体的损坏，则蓄电池内部材料的安全性至关重要。“铅酸蓄电池的外壳被破坏之后，会有大量浓硫酸流出;而当锂电池的外壳遭到破坏，则会释放出很多可燃液体，这些都是很危险的情况。而当LMB的外壳被破坏后，几乎不会有任何液体流出，它会始终保持一个近似固体的状态。”Donald Sadoway教授说。