电池怕极端温度易罢工？耐受零下60度低温的新研究来了

编辑：袁铭怿、陈萍

比来，研究创造了一种用于下一代锂离子电池的新型电解质，可以帮助电动汽车、手机和其他电子产品在极度冰冻温度下运行乃至快速充电。

当前，电动汽车越来越受欢迎，只管如此，总有消费者对其避之不及，个中一个缘故原由在于电动汽车的电池在寒冷景象下所发挥出的性能不尽人意。
最近，研究创造了一种用于下一代锂离子电池的新型电解质，它可以帮助电动汽车、手机和其他电子产品在极度冰冻温度下运行，乃至可以快速充电。

不仅如此，电池在卫星、空间探测器和载人航天任务中的潜在用场同样引人瞩目，当然所有这些运用都须要在极度寒冷的条件下才能充分运作。
在美国，「超过一半的州冬季气温都在零度以下，」该研究的紧张作者、马里兰大学帕克分校的博士后研究员 Jijian Xu 说道。
「因此，设计出能够在低温下事情的电池至关主要。
」

一开始，任何新的电解质可能都比已经商业化的电解质更昂贵。
只管如此，该研究的第二作者、马里兰大学化学和生物分子工程学教授 Chunsheng Wang 认为，这项新研究中的化合物是用普通溶剂和盐制成的，没有毒害身分。
Jijian Xu 还补充道，在大规模生产时，通过优化合成路子，新型电解质的本钱很有可能降落。

下一代高性能锂离子电池可能包括 NMC811 这样的组件，它由 80% 的镍、10% 的钴和 10% 的锰组成。
NMC811 因其质量可以储存大量能量，并且钴含量低，之以是强调这一点，是由于钴太昂贵了，这使其在本钱方面具有吸引力。

NMC811 锂离子电池的空想电解质不仅有助于支持超过 4.5 伏的更高电压，以得到更大的能量密度和 15 分钟内更快的充电速率，而且研究证明该类电解质性能安全，可以在 - 60 到 60 摄氏度的温度范围内事情，但是，这些只是在空想状态下。
然而，目前还没有一种电解质同时知足所有这些哀求。
例如，它们的事情温度常日为 - 20 至 50 摄氏度，并且高度易燃。

Jijian Xu 认为：「根据记录，美国有史以来的最低气温是阿拉斯加的零下 62 摄氏度，加州的最高气温是 57 摄氏度。
我们须要一个更强大的储能系统，能够在极度冰冻温度下可靠地事情。
与传统锂离子电池比较，极限锂离子电池有潜力促进电动汽车、航空和国防运用的利用。
」

目前，电池电解质的开拓紧张依赖于不断的试错，「目前我们缺少电解质设计的辅导原则，」Chunsheng Wang 教授说。
在这项新研究中，研究职员试图为在极度条件下事情的电池开拓通用电解质设计原则。

科学家们专注于创造一种既能保持稳定和安全、又能让锂离子电池在大范围的温度下在高电压下事情的电解质。
电解液还须要许可锂离子以相对较低的能量溶解，以帮助电流在电池内部流动，同时也要限定电镀锂的发展，由于电镀锂会降落电池容量，锂峰值会破坏电池内部并导致短路。

用于极度锂离子电池的新型电解质设计供应了快速锂离子传输 [右] 和宽温度范围 (60C) 稳定性 [左]。

研究小组的打算表明，一组软溶剂可能是有用的。
比较硬溶剂由原子或离子组成、半径小、电荷高，软溶剂常日半径大、电荷低。

目前锂离子电池中的电解质溶剂常常与锂离子紧密结合以溶解锂盐。
然而，溶剂和锂离子之间的结合能越大，锂离子从溶液中出来就越困难。
在这项新研究中，科学家们创造了一种软溶剂，锂盐可以在个中溶解，同时最大限度地减少溶剂和锂离子之间的结合量。

此外，研究职员在电解液中添加了防止锂电镀和在低温下形成脉冲的身分。
相反，电极表面形成了相对导电的薄层，支持锂离子快速流动，以提升充电效率。

在 4.5 伏锂离子电池 NMC811 阴极和石墨阳极的测试中，设备在 - 50 摄氏度充电和放电时保持其室温容量的四分之三，在 - 60 摄氏度充电和放电时保持一半以上，充电韶光约为 15 分钟。

Jijian Xu 说：「我们的创造，为锂离子电池在较广温度范围内（例如，从佛罗里达的酷热夏天到阿拉斯加的寒冷冬天）为电动汽车供电供应了一种实用的办理方案。
此外，极限电池可以用于极地科学研究。
或者，极限电池可以用于外太空，比如月球探测。
」

只管如此，Jijian Xu 强调道：「60 摄氏度的高温性能仍旧远远不足，我们还需投入更多的努力来展开进一步的研究。
」

https://spectrum.ieee.org/cold-weather-car-battery