科学家们为极端环境的锂离子电池制定了前景

锂离子电池是手机和其他电子产品的流行电源，但在极热或极冷时会出现问题。莱斯大学实验室已提出扩大其范围的方法。

稻米材料科学家Pulickel Ajayan及其实验室成员发表了一篇综述，分析了锂离子技术的最新进展，并建议如何使电池更适应具有挑战性的条件。所审查的工作包括一些Ajayan及其团队自身的开拓性努力，以扩展锂离子电池的功能，这是便携式电源存储，是消费电子，军事应用，电动汽车等的首选。

近年来有关锂离子电池的负面新闻主要围绕燃烧手机和吸烟飞机电池。但更常见的问题，如对电池寿命更长，充电速度更快的需求，是研究的主要推动因素。

赖斯博士后研究员Hemtej Gullapalli说：“我们努力寻找一篇同时讨论所有问题以及所有个体成分在极端温度下经历的论文，而我们找不到一篇。”该论文的作者。“所以我们相信这是一个调查这个领域的好机会。”

米兰团队最感兴趣的是看电池如何在零下60到150摄氏度(零下76到302华氏度)的温度下工作，因为他们知道目前的电池设计工作在接近室温且温度很窄的范围内。最好的情况是，锂离子电池倾向于热操作或冷操作，这对于从炎热的沙漠驱动到雪峰的电动汽车而言并不理想。

“在温度限制条件下，人们并没有那么刻意地看着，”古拉巴利说。他指出，当手机在寒冷或高温下关机时会有多么令人沮丧，并说手机充电也会升高电池内部的温度 - 这就是为什么手机永远不会在热车中充电的原因。

“大多数涉及电池和温度的研究涉及管理系统：例如，如果手机在寒冷的温度下使用，它们会减慢速度，以保护电池，”他说。“但我们在审查中发现，视角略有变化。为了制造从低温到高温工作的电池，科学家们必须从材料的角度来看材料对温度的影响。”

电化学电池具有三个基本组件：负极，正极和导电电解质，其允许电子从一侧移动到另一侧，同时充电或排水。Gullapalli说，每种材料都有机会。

“人们做了很棒的工作，”他说。“他们几乎触及了整个元素周期表，所有的排列和组合都经过了测试。现在我们已进入工程阶段，我们知道材料的局限性，我们正试图打破障碍。”

莱斯团队在商用电池中建立了标准和有前景的新材料的综合图，并详细说明了每种元件的典型能量密度和温度范围。

“我们比较了材料相对于温度范围的稳定性，”Ajayan说。“这将有助于研究人员根据自己的需求挑选所需的组合。”

研究人员写道，目前锂离子电池的性能需要妥协。例如，铅酸和镍氢等水基电解质的工作温度仅为-50至50℃，而熔盐电池仅在温度高于90℃时才能正常工作。锂亚硫酰氯电池的工作温度在零下60到150℃之间。 ，但仅在20到55 C之间的高峰期。

“建立理想或接近理想的系统需要彻底了解微妙的机制，并用合适的替代方案替换每个违约组件，”Ajayan说。“环境条件下的微量成分在暴露于高温时会改变整个电化学。”