扫一扫下载界面新闻APP

【工业之美】突破零下70度低温局限 这款锂电池或用于火星探索

用作电解液的乙酸乙酯,其冰点为零下83.6摄氏度,可以在低温环境下满足电池电化学反应需要。

图片来源:视觉中国

由于低温会造成锂离子活性降低,影响锂电池容量,如何让锂电池在低温环境下正常工作一直是研究人员关注的重点。

据英国《每日邮报》消息,近日,复旦大学的研究人员开发出一种可在零下70摄氏度条件下使用的锂电池,有望应用于地球极寒地区甚至外太空。研究成果发表在最新一期美国能源学术期刊《焦耳》上。

电池 图片来源;夏永姚课题组

该电池采用凝固点低、可在极端低温条件下导电的乙酸乙酯作为电解液,并使用两种有机化合物作为电极,分别为PTPAn阴极和PNTCDA阳极。

正极、负极、电解液和隔膜是锂电池的基本组成要素。其中,电解液是离子在两个电极间移动的化学介质,低温会影响电解液和电极间的电化学反应,进而影响电池性能。

“乙酸乙酯电解液和有机高分子电极让可充电电池在零下70摄氏度的极低温条件下工作。”研究项目负责人、复旦大学化学系教授夏永姚在采访时说。与传统锂电池使用的电极不同,这种电极使用的有机化合物不依赖“嵌入过程”,即不需要将锂离子嵌入到电极的分子矩阵中,避免了低温条件下嵌入过程变慢。

乙酸乙酯的冰点为零下83.6摄氏度,可以在低温环境下满足电池电化学反应需要。

研究显示,传统锂电池在零下20摄氏度时性能只有其最优水平的50%,零下40摄氏度时只有最优水平的12%。在加拿大和俄罗斯的部分地区,环境温度可达零下50摄氏度左右。

研究人员在进行试验 图片来源;夏永姚课题组

夏永姚表示,相比传统锂电池的电极材料,新电池的材料充足、便宜且环保。研究团队预计,该种材料的价格只有前者的约1/3。

“尽管与其他已经商业化生产的锂电池相比,这种电池的能量密度比较低,但是在特殊环境下,仍然具有极大的发展潜力。”夏永姚说。

研究人员表示,能量密度低将是该电池产品化过程中的主要挑战,下一步将对电池的生产过程进行进一步优化。

此前,研究人员曾经尝试通过给锂电池加装外部加热装置,或使用液化气体电解液来帮助其在低温环境下维持正常性能。去年8月,北京理工大学研究团队曾与多家国内外电池企业合作,开发出了超低温区域带自加热技术的锂离子动力电池系统产品,以应对冬季奥运会期间张家口地区的严寒条件。

北京理工大学教授孙逢春介绍,该技术通过物理方法解决电池低温问题,在零下30摄氏度时可通过自加热的方式,在几十秒内使电池温度上升到0摄氏度以上,从而激活动力电池的正常应用。该电池系统比能量可达170Wh/kg,系统可靠性试验已经完成累计切断次数超过5000次。

未经正式授权严禁转载本文,侵权必究。
表情
您至少需输入5个字

评论 1

相关文章