据外媒报道，德克萨斯农工大学（Texas A&M University）的研究人员开发出首个已知的金属凝胶。与日常使用的凝胶（如洗手液、护发产品或软性隐形眼镜中使用的凝胶）不同，这种新型材料完全由金属构成，且能承受极端高温。这项发现有望彻底改变储能领域。该研究成果发表在期刊《先进工程材料（Advanced Engineering Materials）》上。
图片来源：德克萨斯农工大学（Texas A&M University）
这种凝胶是通过混合两种金属粉末制成的。加热时，一种金属熔化成液体，而另一种金属保持固态并形成微观尺度的支架结构。液态金属被包裹在这个结构内部，从而形成一种外观呈固态但内部含有液体的凝胶状材料。
日常使用的凝胶是半固态材料，其有机骨架可在室温下将液体固定在特定位置。与它们不同，金属凝胶需要极高的温度才能形成，根据所用金属的不同，温度可高达约1000摄氏度（1832华氏度）。
领导这项研究的材料科学与工程系教授Michael J. Demkowicz博士说道：“此前从未报道过金属凝胶，可能是因为没人想到液态金属可以由内部超细骨架支撑。令人惊讶的是，当主要成分铜熔化成液态时，它并没有像纯铜那样坍塌成一滩。”
由具有强电吸引力（即电负性）的高活性金属制成的金属凝胶可用作液态金属电池（LMB）的电极。简而言之，这些金属活性极高，易于与其他材料结合，从而有助于电池高效工作。
液态金属电池（LMB）是一种特殊的电池，可存储并释放大量电能。与大多数电池使用固体材料不同，LMB使用多层液态金属。由于其部件是液态的，因此损耗速度远慢于常规电池。目前，LMB主要用于大型固定系统，例如为需要在断电期间保持运行的建筑提供备用电源。由于电池内部的液体会随着电池的移动而移动，从而可能导致短路，造成电池电量损失，因此LMB尚未应用于移动系统。而金属凝胶电极的出现解决了这个问题。通过固定液态金属，金属凝胶电极有望使LMB应用于移动设备，例如为大型船舶或能够安全承受其高温的重型工业车辆提供动力。
为了验证这一想法，研究人员用两个立方体电极搭建了一个小型实验室版LMB。其中一个电极由液态钙和固态铁的混合物制成，作为阳极；另一个电极由液态铋和铁的混合物制成，作为阴极。
当将电池置于熔盐（一种可使电荷在两个电极间流动的高温液体）中时，电池成功工作。它不仅产生了电能，而且大部分呈液态的电极保持了形状，并按预期持续工作。
Demkowicz表示，他们最初只是探索铜钽金属复合材料的性能，却意外获得了这一发现。
Demkowicz表示：“我们当时只是在探索不同的热处理复合材料的方法。起初，我们只想看看：这种复合材料能否坚持到其中一种成分熔化？”Borenstein最初将一种由25%钽和75%铜组成的复合材料放入加热至铜熔点的炉中。然而，什么都没发生，铜并没有流出并聚集，这些结果让研究人员感到十分困惑与惊讶。在测试了两种金属的其他比例后，Borenstein发现，只要钽的体积占比超过18%，任何金属组合都能保持凝胶形态。
下一步是将这种新结构带到配备高分辨率微型CT扫描仪的实验室，以检查金属凝胶的内部结构。虽然铜和钽并非理想的电极材料，但它们非常适合CT扫描。正如预期的那样，钽形成了一个坚固的支架结构，将液态铜包裹在其空隙中。
随后，研究团队将研究重点转向铁、铋和钙这三种电池材料，并验证了这种金属凝胶LMB的可行性。
Demkowicz表示，专为便携式应用而设计的液态金属电池（LMB）还可以采用凝胶状复合电解质，例如由陶瓷骨架支撑的熔盐，电极的离子可以通过该电解质。Demkowicz还重点介绍了液态金属电池的其他潜在应用，其中为高超音速飞行器提供动力这一项尤其令人兴奋，例如德克萨斯农工大学应用高超音速联盟（Texas A&M University Consortium for Applied Hypersonics.）正在进行可行性研究的飞行器。高超音速飞行器在极高的温度下运行，理论上可以由高温液态金属电池提供动力。
