新型鋰離子電池能耐極寒和酷熱

研究人員在冰點以下溫度測試電池。

圖片來源：David Baillot/加州大學聖地亞哥分校 

美國加州大學聖地亞哥分校工程師開發了一種鋰離子電池，該電池在極寒和酷熱的溫度下表現良好，同時還能儲存大量電能。本週發表在《美國國家科學院院刊》上的一篇論文描述了這種耐溫度變化的電池。

加州大學聖地亞哥分校雅各布斯工程學院奈米工程教授、該研究的資深作者陳政説，這種電池可讓寒冷氣候下的電動汽車一次充電就能行駛更遠；還可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。

在測試中，概念驗證電池在-40℃和50℃下分別保留了87.5%和115.9%的電能容量。在這些溫度下，它們還分別具有98.2%和98.7%的高庫侖效率，這意味著電池在停止工作之前可進行更多的充電和放電迴圈。

研究人員此次開發了一種更好的電解質，這種電解質既耐寒又耐熱，而且與高能陽極和陰極相容。電解質由二丁醚與鋰鹽混合而成的溶液製成。二丁基醚的一個特點是其分子與鋰離子的結合較弱，當電池運作時，電解質分子很容易釋放鋰離子。

這種電解質的另一個特別之處在於它與鋰硫電池相容。鋰硫電池是下一代電池技術的重要組成部分，因為它們有望實現更高的能量密度和更低的成本。但鋰硫電池的陰極和陽極都具有超強反應性。在高溫下，鋰金屬陽極容易形成稱為枝晶的針狀結構，可刺穿電池的某些部分，導致電池短路。結果，鋰硫電池只能持續數十次迴圈。

二丁基醚電解質可防止這些問題，即使在高溫和低溫下也是如此。他們測試的電池比典型的鋰硫電池具有更長的迴圈壽命。研究團隊還通過將硫陰極接枝到聚合物上來設計更穩定的硫陰極。這可以防止更多的硫溶解到電解液中。

團隊表示，下一步研究工作將包括擴大電池化學成分、優化電池以使其在更高的溫度下工作以及進一步延長迴圈壽命。

【總編輯圈點】

這種新開發的電解質，可以説從一定程度“解救”了經典鋰硫電池。與傳統鋰離子電池陰極中使用的鈷相比，硫的來源更豐富且安全問題更少，但一直以來，硫在充放電過程中體積的擴大縮小非常大，有可能導致電池損壞。此次的新成果解決了迴圈壽命的問題，而且這種新電池，每公斤存儲的能量是當今鋰離子電池的兩倍——這可使電動汽車的續航里程增加一倍，卻不會增加電池組的重量。