近日，有研究顯示，最新推出的一款可充電電池即使在-70°C的溫度下也可以充電。眾所周知，在這種極端低溫條件下，當(dāng)今許多手機(jī)，電動汽車和其他設(shè)備供電的典型鋰離子電池不起作用。承受這種寒冷條件的電池可以幫助建造在地球上一些最寒冷的地方或在其他行星周圍巡航的太空漫游車上發(fā)揮作用的電子設(shè)備。

在這種冷條件下使傳統(tǒng)的鋰離子電池效率降低。在-40°C時，這些電池可在室溫下提供約12％的電量，在-70°C，它們根本不起作用。含有一種特殊的電解質(zhì)，能夠使離子甚至在嚴(yán)寒電極之間容易流動。研究人員還為他們的電池安裝了由有機(jī)化合物制成的電極，而不是典型的富含過渡金屬的材料。離子可以放在這種有機(jī)材料中，而不必剝離粘在它們上面的電解質(zhì)材料。因此，即使在低溫下，這些有機(jī)電極也比普通電池中的電極更容易捕獲和釋放離子，本項(xiàng)研究合作者，來自上海復(fù)旦大學(xué)電池研究員XiaoliDong說。

在鋰離子電池內(nèi)部，離子在正極和負(fù)極之間流動，離子嵌入其中，然后被釋放以通過稱為電解質(zhì)的物質(zhì)返回到另一端。隨著溫度下降，離子緩慢地通過電解質(zhì)移動。冷卻還使離子更難以脫離電解質(zhì)材料，當(dāng)電池材料穿過電解質(zhì)材料時會浮現(xiàn)在它們上面。離子必須脫離物質(zhì)以適應(yīng)電極材料。

由于離子流動性更好，并且在較低溫度下更容易與電極連接，因此即使在-70°C，電池也能保持約70％的室溫充電容量。加州大學(xué)圣地亞哥分校的材料科學(xué)家ShirleyMeng表示，新設(shè)計(jì)中的電池單元每克能耗比標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池更少，她想知道是否可以制造能量更密集的電池版本。

低溫操作是可充電電池面臨的巨大挑戰(zhàn)，并且通常認(rèn)為離子導(dǎo)電性不足和電解質(zhì)凍結(jié)是導(dǎo)致該問題的主要原因。在此，首先使用在-70℃的超低溫下具有0.2mScm-1的足夠離子電導(dǎo)率的乙酸乙酯基電解質(zhì)來制造基于插層化合物的鋰離子電池（LIB）和有機(jī)電極。基于可充電電池，分別闡明其低溫行為。結(jié)果表明，由于鋰離子的去溶劑化緩慢，LIB不能在-70℃下工作。然而，使用有機(jī)電極的可充電電池在如此低的溫度下可以很好地工作并且在室溫下保持約70％的容量，這是由于在表面基團(tuán)或有機(jī)固體的大間隙空間中電荷儲存的快速動力學(xué)。這些結(jié)果表明了開發(fā)低溫電池的新方法。

總之，已經(jīng)研究了基于EA的電解質(zhì)的低溫性能，導(dǎo)致在-70℃的超低溫下具有0.2mScm-1的足夠的離子電導(dǎo)率?；谶@種電解質(zhì)，已經(jīng)制造了分別基于插層化合物和有機(jī)聚合物作為電極的可充電電池。已經(jīng)證明，這些基于嵌入化合物的LIB的低溫行為仍然受到Li+的緩慢去溶劑化的限制。在電解質(zhì)和電極之間的界面處，雖然在低溫（-70℃）下具有足夠的電解質(zhì)離子導(dǎo)電性并且在電極上沒有形成固體電解質(zhì)界面。還發(fā)現(xiàn)使用相同的基于EA的電解質(zhì)的基于聚合物的可再充電電池沒有遭受上述困難。因此，即使在-70℃的超低溫下，聚合物基可再充電電池也可以很好地工作。這些結(jié)果可能會闡明可在超低溫下運(yùn)行的可充電電池的設(shè)計(jì)。同時，為了在這些溫度下進(jìn)一步開發(fā)具有高性能的可充電電池，在未來的研究中還需要在超低溫下通過原位分析來闡明去溶劑化/溶劑化過程。