这一发现有助于实现液态金属电池。
这是一项重要的观察发现：液体热电可以用来制造能够从废热中回收能量的新设备，进一步深入研究可以帮助改善即将出现的液态金属电池的设计。巴黎高等师范学院的研究人员在2024年6月的《美国国家科学院院刊》上报告了这一发现。
美国罗彻斯特大学的机械工程师道格拉斯•凯利（Douglas Kelley）说：“研究两种液态金属结合部位的热电效应是一个非常直观和巧妙的想法，回想起来，这似乎是显而易见的。”凯利没有参与这项研究，他补充道：“但据我所知，以前没有人这样做过。”
巴黎高等师范学院的物理学家克里斯多夫•吉辛格（Christophe Gissinger）说，科学家们对温度梯度如何影响导电液体中的电流流动几乎一无所知。吉辛格说，他认为液态金属电池中的导电层与热电装置类似。因此他决定在液态金属中寻找热电。
吉辛格和他的同事们选择了镓和汞这两种在室温下呈液态的金属。实验是在一个圆柱形装置中进行的，圆柱壁经过冷却，温度较低，中间有一个圆柱形的小型加热器。然后，他们将高密度的液态汞倒入外部的圆柱，并在其上覆盖一层较轻的液态镓。较冷的圆柱壁和中央加热器会沿着两种金属的结合部位产生温度梯度。浸入金属中的电线可测量产生的电场。
巴黎高等师范学院团队看到了温差产生的湍动电流。水银中的电荷从腔室的热侧流到冷侧，然后穿过结合部位进入镓。随后，电流从冷侧流动到热侧，然后回到水银。吉辛格说，在金属的结合部位有多个这样的电流环路。
虽然这种循环电流与固态金属中的循环电流类似，但并非完全一样。在结合部位也有不流动的点，即有的地方没有电流密度。吉辛格说，这在固体中不会发生。这可能是由于液体中具有非线性热流。
吉辛格说，他认为科学家们之前没有观察到液体中的热电，是因为测量颇具挑战，而且他们也没有留意。大多数金属需在高温下液化，精确控制温度梯度更有难度。加热时，很难测量到由热电效应引起的微电压，因此，研究在室温下的液态金属是关键。此外，在传统上，热电一直是固态物理学家的研究领域，而不是流体动力学研究人员的研究领域。
凯利说，这种现象在液态金属电池的背景下可能相当重要。巴黎高等师范学院团队将实验腔室放入线圈并施加磁场时，液体开始在罐体中旋转。“在液态金属自由流动的电池设计中，它的运动很重要。”凯利说。温和的湍流可以减少电池的副反应，从而实现更快的充电速度、更高的功率和更长的寿命。剧烈的运动会使电解质层破裂，导致电池短路。
凯利说，还需要进一步的研究来确定热电如何影响液态金属电池的性能，以及如何掌控它。吉辛格希望在电池原型中测试这些想法。
作者：Katherine Bourzac
IEEE Spectrum
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