鋰電池工作于負70攝氏度創歷史新低

中國的研究人員開發了一種帶有有機化合物電極的電池，該電極的工作溫度為-70攝氏度，遠低于鋰離子電池失去傳導和存儲能量的大部分能力的溫度。這項發現于2月28日發表在《焦耳》雜志上，可以幫助工程師開發適合承受最冷的外層空間或地球上最寒冷地區的技術。

盡管電池可以在相對寒冷的氣候下運行，但它們有其局限性。當溫度達到-20攝氏度時，大多數電池只能達到其最佳水平的50%，而在-40攝氏度時，鋰離子電池僅具有其室溫容量的12%。當在太空中操作電池時溫度可能降至-157攝氏度，甚至在加拿大和俄羅斯的部分地區溫度可能低于-50攝氏度時，這可能會受到嚴重限制。

但是，一組電池研究人員發現了一種即使在其他電池可能發生故障的情況下也可以運行的設計。“眾所周知，電解質(在電極之間傳遞離子的化學介質)和電極(帶正電的陰極和帶負電的陽極)都會對電池性能產生重大影響，”夏永耀博士說。中國上海復旦大學化學系研究員。

變冷時，鋰離子電池經常使用的基于酯的常規電解質會變成緩慢的導體，并且在電解質和電極界面處發生的電化學反應難以繼續進行，這意味著鋰離子電池無法保持在極冷的氣候下太好了。這個問題一直困擾著研究人員。

該團隊進行了實驗，使用了一種基于酯(乙酸乙酯)的電解質，該電解質的凝固點低，即使在極低的溫度下也能進行充電。對于電極，他們使用了兩種有機化合物-聚三苯胺(PTPAn)陰極和1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTCDA)衍生的聚酰亞胺(PNTCDA)陽極。與鋰離子電池中使用的電極不同，這些有機化合物不依賴于嵌入-將離子連續整合到其分子基質中的過程，該過程隨著溫度下降而減慢。

夏說：“受益于基于乙酸乙酯的電解質和有機聚合物電極，可再充電電池可以在-70攝氏度的超低溫下很好地工作。”

夏和他的團隊認為，與在極端溫度下增強鋰離子電池功能的其他嘗試相比，這可能是一種更優雅的解決方案。其他電池研究人員試圖通過開發添加劑來外部加熱電池或使用液化氣電解質來解決該問題，但是這些解決方案需要額外增加重量的其他材料。

夏認為電池的成分還具有許多其他生產友好的特性。他說：“與常規鋰離子電池中含過渡金屬的電極材料相比，有機材料豐富，便宜且環保。” 他估計電極材料的價格約為鋰離子電池中電極價格的三分之一。

但是，電池在準備好離開實驗室之前仍需要進行一些調整。夏先生認為，與商業化的鋰離子電池相比，電池的比能(每單位質量的能量)仍然很低，并且組裝過程需要進一步優化。“但是，盡管它的比能很低，但它提供的能量最多。在特殊領域的應用前景廣闊。”夏說。