無懼嚴寒和酷暑！新型鋰離子電池在極端環境下也能正常工作

近期，加州大學圣地亞哥分校（UCSD）的工程師們開發出了一種新型鋰離子電池，據稱這種電池在極冷和高溫下都能表現良好，同時仍能儲存大量能量。

根據研究人員的說法，這一“壯舉”是通過開發一種新型電解質實現的。這種電解質不僅可以在較寬的溫度范圍內堅挺耐用，而且可以與高能陽極和陰極兼容。上述研究成果已于近期發表在了《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。

UCSD雅各布斯工程學院納米工程學教授、該研究的資深作者ZhengChen表示，基于這項技術開發的車用電池，即使在寒冷氣候下也能讓電動汽車行駛更遠。此外，它們還可以減少對冷卻系統的需求，以防止車輛的電池組在炎熱氣候下過熱。

Chen解釋說：“高溫對于汽車電池來說是一個重大挑戰。在電動汽車中，電池組通常位于底盤，更靠近炎熱的道路。此外，電池在運行過程中會因電流通過而升溫。如果電池不能承受這種高溫，它們的性能將迅速下降”。

在測試中，該電池在-40°C和50°C下分別保留了87.5%和115.9%的能量容量。在這些溫度下，它們還分別具有98.2%和98.7%的高庫倫效率，這意味著電池在停止工作之前可以進行更多的充放電循環。

上述優異的性能都要歸功于Chen和同事們開發的獨特電解質。它由二丁醚與鋰鹽混合而成的液體溶液制成。二丁醚的一個特點是其分子與鋰離子的結合較弱。換句話說，當電池運行時，電解質分子很容易釋放鋰離子。

研究人員在之前的一項研究中發現，這種微弱的分子相互作用可以提高電池在零下溫度下的性能。另外，二丁醚很容易吸收熱量，因為它在高溫下保持液態（沸點為141°C）。

此外，這種電解質的另一個特別之處在于它與鋰硫電池兼容，鋰硫電池是一種可充電電池，其陽極由鋰金屬制成，陰極由硫制成。鋰硫電池是下一代電池技術的重要組成部分，因為它擁有更高的能量密度和更低的成本。

據了解，鋰硫電池每公斤存儲的能量是當今鋰離子電池的兩倍，這可以使電動汽車的續航里程增加一倍，而不會增加電池組的重量。此外，與傳統鋰離子電池陰極中使用的鈷相比，硫的儲量更為豐富。

但鋰硫電池也存在問題。陰極和陽極都是超活性的。硫陰極非常活潑，在電池運行過程中會溶解；在高溫下，這個問題會變得更嚴重。鋰金屬陽極容易長出枝晶，會導致電池短路，甚至有起火風險。因此，鋰硫電池最多只能循環使用幾十次。

“如果你想要一個高能量密度的電池，你通常需要使用非常苛刻、復雜的化學物質，”Chen說，“高能量意味著更多的反應發生，這意味著更少的穩定性，更多的降解。制造一種穩定的高能電池本身就是一項艱巨的任務，試圖在更大的溫度范圍內做到這一點更具挑戰性。”

UCSD研究團隊開發的二丁醚電解質可以防止這些問題。即使在極端溫度下，他們測試的電池也比典型的鋰硫電池有更長的循環壽命。Chen說，“我們的電解液有助于改善陰極側和陽極側，同時提供高導電性和穩定性”。

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