锂电池工作在-70摄氏度 创历史新低

中国的研究人员开发出一种带有机化合物电极的电池，它可以在-70摄氏度的温度下工作，远低于锂离子电池失去大部分传导和储存能量的温度。这项研究结果于2月28日发表在Joule杂志上，可以帮助工程师开发出适合承受外层最寒冷地区或地球上最寒冷地区的技术。

虽然电池可以在相对寒冷的气候下运行，但它们有其局限性。当温度达到-20摄氏度时，大多数只能达到其最佳水平的50%，而在-40摄氏度时，锂离子电池只有大约12%的室温容量。当在太空中操作电池时，这可能会受到严重限制，温度可能会降至-157摄氏度，甚至在加拿大和俄罗斯的部分地区，温度可能低于-50摄氏度。

但是，一组电池研究人员发现了一种即使在其他电池可能发生故障的情况下也可以运行的设 “众所周知，电解质(电极之间携带离子的化学介质)和电极(带正电的阴极和带负电的阳极)都会对电池性能产生很大影响，”电池电池性能表示，中国上海复旦大学化学系研究员。

当它变冷时，锂离子电池经常使用的酯类常规电解质变成缓慢的导体，并且在电解质和电极的界面处发生的电化学反应难以继续 - 这意味着锂离子电池不能保持在极寒的气候中太好了。这是一个一直困扰研究人员的问题。

该团队尝试使用基于酯(乙酸乙酯)的电解质，该电解质具有低凝固点，即使在极低温度下也能够进行充电。对于电极，它们使用两种有机化合物 - 聚三苯胺(PTPAn)阴极和1,4,5,8-萘四羧酸二酐(NTCDA)衍生的聚酰亚胺(PNTCDA)阳极。与锂离子电池中使用的电极不同，这些有机化合物不依赖于插层 - 将离子连续地整合到其分子基质中的过程，其随着温度下降而减慢。

“受益于乙酸乙酯基电解质和有机聚合物电极，可充电电池可以在-70摄氏度的超低温下正常工作，”Xia说。

夏和他的团队认为，这可能是比在极端温度下提升锂离子电池功能的替代尝试更优雅的解决方案。其他电池研究人员试图通过开发添加剂来外部加热电池或使用液化气体电解质来解决这个问题，但这些解决方案需要额外的材料来增加额外的重量。

夏认为电池的组成也有很多其他生产友好的品质。“与传统锂离子电池中含过渡金属的电极材料相比，有机材料丰富，价格低廉，环保，”他说。他估计电极材料的价格约为锂离子电池电极价格的三分之一。

但是，电池在准备离开实验室之前仍需要进行一些调整。Xia认为，与商业化的锂离子电池相比，电池的比能量(每单位质量的能量)仍然较低，并且装配过程需要进一步优化。“但即使它具有较低的比能量，它提供的最多在特殊领域的应用前景广阔，“夏说。