能在-40℃到50℃範圍滿血工作(zuò)，新型锂電(diàn)池問世

         以後在北方開(kāi)電(diàn)車(chē)也不是問題了？

一種新型锂離子電(diàn)池既可(kě)以在零下 40°C 的低(dī)溫下工作(zuò)，也可(kě)以在 50°C 的高(gāo)溫下工作(zuò)。這種新型電(diàn)池陰極使用硫制(zhì)作(zuò)，電(diàn)池可(kě)以儲存更多(duō)的能量。這是來(lái)自加州大(dà)學聖地亞哥(gē)分校(xiào)（UCSD）的一項新研究。

這種電(diàn)池可(kě)以增加電(diàn)動汽車(chē)在寒冷溫度下的行(xíng)駛裏程。此外，它們還(hái)可(kě)以用于衛星、航天器(qì)、高(gāo)空(kōng)無人(rén)機和(hé)潛艇。UCSD 納米工程教授陳政（Zheng Chen）表示：通(tōng)過大(dà)幅擴展锂電(diàn)池的可(kě)操作(zuò)窗口，我們可(kě)以為(wèi)電(diàn)動汽車(chē)之外的應用提供更強大(dà)的電(diàn)化學物質。

目前來(lái)看，電(diàn)池用石墨陽極和(hé)锂金屬氧化物陰極，這種組合不能很(hěn)好地處理(lǐ)極端溫度。高(gāo)溫會(huì)加劇(jù)電(diàn)池內(nèi)部本已高(gāo)度活躍的化學環境，引發分解電(diàn)解質和(hé)其他電(diàn)池材料的副反應，導緻不可(kě)逆轉的損害。與此同時(shí)，低(dī)溫會(huì)使液體(tǐ)電(diàn)解質變稠，所以锂離子在其中緩慢移動，導緻電(diàn)能損耗和(hé)充電(diàn)緩慢。

對電(diàn)池進行(xíng)絕緣或從內(nèi)部加熱的方法有(yǒu)助于解決低(dī)溫問題。研究人(rén)員之前還(hái)對電(diàn)解質進行(xíng)設計(jì)以擴大(dà)電(diàn)池溫度範圍，但(dàn)這可(kě)以提高(gāo)低(dī)溫或高(gāo)溫下的性能，而不是同時(shí)提高(gāo)性能。

陳政教授團隊的研究《Solvent selection criteria for temperature-resilient lithiumsulfur batteries》刊登在了 7 月 5 日的《美國國家(jiā)科學院院刊》（PNAS）上(shàng)，他們表示新型耐極端溫度電(diàn)池的核心是找到一種新電(diàn)解質。他們通(tōng)過将锂鹽溶解在二丁醚溶劑中來(lái)制(zhì)造電(diàn)解質。與現有(yǒu)的用于電(diàn)池的碳酸乙烯溶劑不同，新材料在零下 100°C 的溫度下不會(huì)結冰，也不容易蒸發。此外，其溶劑分子與锂離子結合較弱，所以锂離子在其中移動更自由，即使在冰點溫度下。

在團隊測試中，原型電(diàn)池持續了 200 次循環，并在 -40°C 下還(hái)能保持超過 87% 的原始容量。在 50°C 時(shí)，電(diàn)池的容量增加了 15%，陳政教授表示，因為(wèi)更高(gāo)的溫度會(huì)增加電(diàn)荷轉移和(hé)锂離子通(tōng)過電(diàn)解質并擴散到電(diàn)極上(shàng)，因而推動了電(diàn)池容量和(hé)能量極限 。

該研究的第一作(zuò)者、UCSD 納米工程博士後研究員 Guorui Cai 準備了一個(gè)電(diàn)池袋電(diàn)池（battery pouch cell），用于在低(dī)于冰點的溫度下進行(xíng)測試。

這種電(diàn)解質的另一個(gè)特别之處在于它與锂硫電(diàn)池兼容，锂硫電(diàn)池是一種可(kě)充電(diàn)電(diàn)池，其陽極由锂金屬制(zhì)成，陰極由硫制(zhì)成。锂硫電(diàn)池是下一代電(diàn)池技(jì)術(shù)的重要組成部分，因為(wèi)這種電(diàn)池具有(yǒu)更高(gāo)的能量密度和(hé)更低(dī)的成本。它們每公斤存儲的能量是當今锂離子電(diàn)池的兩倍——這可(kě)以使電(diàn)動汽車(chē)的續航裏程增加一倍，而不會(huì)增加電(diàn)池組的重量。此外，與傳統锂離子電(diàn)池陰極中使用的钴相比，硫的來(lái)源更豐富且問題更少(shǎo)。

但(dàn)锂硫電(diàn)池存在另一些(xiē)問題——其陰極和(hé)陽極都過于活躍。硫正極非常活潑，以至于它們在電(diàn)池運行(xíng)期間(jiān)會(huì)溶解。這個(gè)問題在高(gāo)溫下會(huì)變得(de)更糟。锂金屬陽極容易形成稱為(wèi)枝晶的針狀結構，可(kě)以刺穿電(diàn)池的某些(xiē)部分，導緻電(diàn)池短(duǎn)路。因此，锂硫電(diàn)池隻能持續數(shù)十次循環。