新型锂离子电池能耐极寒和酷热

研究人员在冰点以下温度测试电池。

图片来源：David Baillot/加州大学圣地亚哥分校

美国加州大学圣地亚哥分校工程师开发了一种锂离子电池，该电池在极寒和酷热的温度下表现良好，同时还能储存大量电能。本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文描述了这种耐温度变化的电池。

加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授、该研究的资深作者陈政说，这种电池可让寒冷气候下的电动汽车一次充电就能行驶更远;还可减少对冷却系统的需求，以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。

在测试中，概念验证电池在-40℃和50℃下分别保留了87.5%和115.9%的电能容量。在这些温度下，它们还分别具有98.2%和98.7%的高库仑效率，这意味着电池在停止工作之前可进行更多的充电和放电循环。

研究人员此次开发了一种更好的电解质，这种电解质既耐寒又耐热，而且与高能阳极和阴极兼容。电解质由二丁醚与锂盐混合而成的溶液制成。二丁基醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱，当电池运行时，电解质分子很容易释放锂离子。

这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分，因为它们有望实现更高的能量密度和更低的成本。但锂硫电池的阴极和阳极都具有超强反应性。在高温下，锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构，可刺穿电池的某些部分，导致电池短路。结果，锂硫电池只能持续数十次循环。

二丁基醚电解质可防止这些问题，即使在高温和低温下也是如此。他们测试的电池比典型的锂硫电池具有更长的循环寿命。研究团队还通过将硫阴极接枝到聚合物上来设计更稳定的硫阴极。这可以防止更多的硫溶解到电解液中。

团队表示，下一步研究工作将包括扩大电池化学成分、优化电池以使其在更高的温度下工作以及进一步延长循环寿命。

【总编辑圈点】

这种新开发的电解质，可以说从一定程度“解救”了经典锂硫电池。与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比，硫的来源更丰富且安全问题更少，但一直以来，硫在充放电过程中体积的扩大缩小非常大，有可能导致电池损坏。此次的新成果解决了循环寿命的问题，而且这种新电池，每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍——这可使电动汽车的续航里程增加一倍，却不会增加电池组的重量。