锂电池工作于负70摄氏度创历史新低

中国的研究人员开发了一种带有有机化合物电极的电池，该电极的工作温度为-70摄氏度，远低于锂离子电池失去传导和存储能量的大部分能力的温度。这项发现于2月28日发表在《焦耳》杂志上，可以帮助工程师开发适合承受最冷的外层空间或地球上最寒冷地区的技术。

尽管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，大多数电池只能达到其最佳水平的50%，而在-40摄氏度时，锂离子电池仅具有其室温容量的12%。当在太空中操作电池时温度可能降至-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摄氏度时，这可能会受到严重限制。

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计。“众所周知，电解质(在电极之间传递离子的化学介质)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重大影响，”夏永耀博士说。中国上海复旦大学化学系研究员。

变冷时，锂离子电池经常使用的基于酯的常规电解质会变成缓慢的导体，并且在电解质和电极界面处发生的电化学反应难以继续进行，这意味着锂离子电池无法保持在极冷的气候下太好了。这个问题一直困扰着研究人员。

该团队进行了实验，使用了一种基于酯(乙酸乙酯)的电解质，该电解质的凝固点低，即使在极低的温度下也能进行充电。对于电极，他们使用了两种有机化合物-聚三苯胺(PTPAn)阴极和1,4,5,8-萘四甲酸二酐(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嵌入-将离子连续整合到其分子基质中的过程，该过程随着温度下降而减慢。

夏说：“受益于基于乙酸乙酯的电解质和有机聚合物电极，可再充电电池可以在-70摄氏度的超低温下很好地工作。”

夏和他的团队认为，与在极端温度下增强锂离子电池功能的其他尝试相比，这可能是一种更优雅的解决方案。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电解质来解决该问题，但是这些解决方案需要额外增加重量的其他材料。

夏认为电池的成分还具有许多其他生产友好的特性。他说：“与常规锂离子电池中含过渡金属的电极材料相比，有机材料丰富，便宜且环保。” 他估计电极材料的价格约为锂离子电池中电极价格的三分之一。

但是，电池在准备好离开实验室之前仍需要进行一些调整。夏先生认为，与商业化的锂离子电池相比，电池的比能(每单位质量的能量)仍然很低，并且组装过程需要进一步优化。“但是，尽管它的比能很低，但它提供的能量最多。在特殊领域的应用前景广阔。”夏说。