研 究 背 景

镓基液态金属具备高电导率、自修复特性、金属亲和性以及自发合金化能力，在锂离子、锂金属、钠离子、锌离子、镁离子、锂硫等多种电池体系中得到广泛探索，可充当粘结剂、导电网络、界面润湿剂、防护涂层，用于缓解电极体积膨胀、加快反应动力学、抑制枝晶生长。但目前绝大多数实验室成果是在非工业化制备工艺、低活性物质负载、过量电解液、低电流密度等宽松条件下完成验证。还存在纳米颗粒团聚、重量能量损失、与电池组件发生副反应、相变诱发 SEI 膜不稳定、长循环性能数据缺失等诸多待解决问题。同时镓资源产量有限、产地高度集中，带来成本、规模化应用与材料供给保障方面的现实顾虑。现有综述大多汇总液态金属各类正向性能，缺少对实验条件合理性、实际产业化约束的批判性评估，因此亟需客观梳理其优势与短板，为后续研究划定合理方向。

成 果 介 绍

澳大利亚皇家墨尔本理工大学Mahdokht Shaibani系统梳理镓基液态金属在各类可充电电池中的多重功能应用。文章梳理镓基液态金属本征理化性质，归纳其作为多功能粘结剂、自适应导电相、界面改性层在不同电池体系的研究进展；将已报道的实验性能与行业标准基准进行对标，指出大量实验室成果受测试条件限制，难以直接向产业转化。同时讨论材料团聚、界面不兼容、制造工艺、供应链成本等现实瓶颈，总结原位 / 工况表征手段，并且借鉴电子废弃物领域已有回收技术，探讨镓基液态金属的回收与循环利用路径。区分 “液态金属作为活性电极” 和 “作为非储能型功能改性相” 两种不同研究范式，明确镓基液态金属真正具备优势的应用场景，给出面向实验室走向商业化的建设性研究建议。该成果以“Infinite Functional Versatility, Formidable Limits: Evaluating Gallium-Based Liquid Metals in Rechargeable Batteries”为题发表在Carbon Energy 期刊上。

研 究 亮 点

1.批判性视角开展综述研究，不单纯罗列正向实验结果，重点剖析现有论文测试条件与真实电池制造标准之间的差距，区分概念性演示与具备产业化潜力的技术方案。

2.完整梳理多体系应用，覆盖锂、钠、锌、镁、锂‑硫、固态电池，系统总结镓基液态金属充当粘结剂、导电网络、界面防护层的不同作用机制。

3.系统揭示现实工程瓶颈，指出颗粒团聚、集流体合金腐蚀、相变造成 SEI 不稳定、传统涂布工艺适配困难、镓资源供给与成本约束等被多数文献忽略的关键难题。

4.提出完整解决方案框架，梳理原位工况表征技术解析动态界面演化，借鉴电子行业已有工艺，论证镓基液态金属闭环回收的可行性，提出优先发展薄层界面改性等现实可行的应用方向。

图 文 解 析

图 1 镓基液态金属在各类可充电电池中的多功能作用总览示意图

图 2 镓基液态金属用作多功能粘结剂体系，二硫化钼、硅基电极的复合结构与电化学性能

图 3 镓基液态金属作为自适应导电相，硅负极复合电极的循环与微观形貌表征

图 4 硫‑镓复合锂硫正极材料的制备、微观结构与电化学性能测试

图 5 镓基液态金属用于固态锂电池 LLZTO 电解质的界面改性，接触角、截面形貌及全电池循环性能

图 6 镓‑锂合金界面改性液态电解液锂金属电池，锂沉积原位光学与 SEM 表征及全电池循环

图 7 Mg₂Ga₅合金镁离子负极固‑液相转变机制，不同温度下长循环性能、冷冻电镜元素分布

图 8 镓基液态金属改性锌负极，抑制枝晶、析氢副反应的机理、微观形貌与全电池性能

图 9 镓‑Na₂Se 复合人工界面层保护钠金属负极，制备机理、原位光学及软包电池循环数据

图 10 镓基液态金属走向规模化应用面临的核心限制：供应链成本、制浆涂布工艺、循环过程界面失效

图 11 镓、铟金属废弃物回收的通用工艺路线，浸出、真空蒸馏等回收技术与实验效果

研 究 小 结

镓基液态金属凭借高导电性、流体自修复、易合金化的独特性质，在多种可充电电池体系展现出亮眼的实验室效果，可实现缓冲体积形变、调控金属沉积、抑制枝晶、优化界面接触等功能。但现有大量优异性能来自硬币电池宽松测试条件，在高负载、贫电解液、软包电池等接近实际工况下的验证仍然十分匮乏。材料团聚、与集流体发生合金腐蚀、相变诱发 SEI 膜不稳定、难以兼容传统涂布工艺，叠加镓资源稀缺、成本高昂，是制约其落地的关键障碍。原位 / 工况表征手段可以帮助解析动态界面演化；电子废弃物领域成熟的湿法冶金、真空蒸馏回收工艺，为电池端镓闭环循环提供技术基础。文章认为近期较为现实的路线是将镓基液态金属用于纳米级薄层界面改性等低用量场景，未来研究应当跳出概念验证，面向制造工艺、循环稳定性、材料回收开展系统研究，推动该材料从实验室概念向实用储能技术过渡。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

Infinite Functional Versatility, Formidable Limits: Evaluating Gallium-Based Liquid Metals in Rechargeable Batteries

文章研究方向：

储能电化学

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70251

DOI: 10.1002/cey2.70251

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。期刊创刊主编为丽水学院校长、温州大学原副校长王舜教授。

Carbon Energy 2018年创刊，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2020年获批国内统一连续出版物号，连续五年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，连续四年入选“中国最具国际影响力学术期刊”和中国科学院材料科学1区Top期刊，连续三年入选“北京国际图书博览会中国精品期刊展”，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD、OAJ、中国科技核心期刊目录等收录，2024年入选中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例和中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。2025年影响因子为21.4，在能源与燃料、纳米科技、物理化学三大领域位列全球期刊前九，材料科学（多学科）领域472本期刊中，位列19。在此基础上，孵化《碳中和（英文）》和《碳创新（英文）》子刊。

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