在低熔点及低成本材料体系方面,围绕电极材料体系,华中科技大学Yan等提出了基于“固-液-固”转变机制高比能Li-Sb液态金属电池新体系;Zhou等设计了一类用于钠基液态金属电池的三元混合阳离子熔盐LiCl-NaCl-KCl电解质,较好地解决了金属Na在熔盐中的溶解问题,成功实现了低成本Na-Bi-Sb液态金属电池新体系。Zhou等开发了Bi-Sb-Te合金电极体系,通过Li2Te固体嵌入Bi-Sb相提升了电池倍率性能。围绕电池反应机制,Li等揭示了Li-Sb-Sn电池在放电-充电过程中正极界面的相变规律,分析了固相金属间化合物Li3Sb生成(放电阶段)前后以及分解(充电阶段)前后Li+的动力学特征,构建了完整的液-固相变行为的热力学模型与传质行为的动力学模型。围绕电池界面特性分析,Jiang等基于二维轴对称模型,分析了Li-Sb-Sn液态金属电池放电过程中固态金属间化合物的不均匀沉积,揭示了非均相放电阶段,正极层中体相反应位点对电池大倍率放电容量的提升机制。Zhou等研究了全液态金属电池内部流动对电池电化学性能和安全特性的影响规律,量化分析了层间大密度梯度对电池界面应对流动扰动鲁棒性的提升作用;揭示了正极中组分对流与熔盐中自驱动流动通过促进传质提升电池性能的作用机制,为大容量液态金属电池的构建提供了理论指导。
大容量液态金属构建方面,Zhou等基于多物理场耦合界面特性分析,提出了大尺寸液-液界面分区限域稳定化策略并优化集流体结构设计,成功构筑600 Ah级液态金属电池单体。在电池长效密封绝缘关键技术方面,Jia等设计了用于液态金属电池的对称梯度结构部件Mo/AlN/Mo,该密封件用于电池服役一年后,氦漏率低于1×10-10 Pa∙m3/s。在此基础上,Shi等提出大容量电池长效服役稳定化策略,实现了液态金属电池循环13000圈,容量保持率89.2%,预期服役寿命可达20年。在电池模组构建与系统集成方面,华中科技大学等开发了大容量液态金属电池单体一致性提升技术,实现单体容量、内阻等参数的精准控制;构建了适用于液态金属电池的两级均衡系统,有效降低电池的均衡误差以及SOC估算误差;基于有限元模拟与实验相结合实现了动态保温技术与能量均衡,发展了响应快、功耗低的高效电池能量管理系统;构建了国内首套5 kW/30 kWh的液态金属电池储能模块,有效推动了液态金属电池储能技术的实际应用。
2022年,华中科技大学牵头承担的科技部重点研发计划项目“液态金属储能电池关键技术研究”通过验收,在电池材料、器件、应用层面开展深入研究,突破了大容量液态金属电池单体构建与系统集成关键技术。国内方面,华中科技大学与华电集团、南方电网公司等紧密合作,积极推进液态金属电池示范项目落地。