锂电池破纪录在-70C 低温环境下工作，或可做为新一代太空技术【Technews科技新报】目前

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【Technews科技新报】

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目前，锂电池电容量在零下 40°C 环境中只剩下 12%，但中国化学家现在开发出零下 70°C 环境中还能维持 70% 容量的可充电锂电池，随着研究进展，未来或许能够做为新一代太空技术。

锂离子电池广泛应用于电动车、消费性电子产品身上，但当它们处于零度以下环境时将逐渐失去傲人的导电储能性能：零下 20°C 时，性能仅维持在 50% 左右；零下 40°C 时，电容量仅剩下室温电容量的 12%，这些都严重限制电池在温度常掉到零下 50°C 的加拿大、俄罗斯等高纬度国家发挥正常水平。

电解质是负责在两电极之间携带离子的化学介质，但当周遭环境变冷时，锂离子电池经常使用的常规酸性电解质（酯类）会变成慢速导体，且电解质与电极界面处发生的电化学反应也使电池难以继续工作，这是长期困扰研究人员的问题。

不过最近由上海复旦大学物理化学教授夏永姚（Yong-yao Xia）、物理化学教授王永刚（Yonggang Wang）领导的团队在《Joule》杂志发布研究，他们已经开发出能承受极端低温的可充电锂电池，包括南极洲或是外太空。

该团队使用具有低凝固点（零下 84°C）的乙酸乙酯做为电解质，即便在极低温度下也能充电；电极则使用 2 种有机化合物来取代传统金属电极：聚三苯胺（polytriphenylamine，PTPAn）阴极、由萘四甲酸二酐（1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride）衍生的聚醯亚胺（Polyimide，PI）阳极。

在实验室中，新电池在零下 40°C 仍维持良好性能；零下 55°C 时，容量达到 90%；零下 70°C 时表现仍强劲，容量还可以维持 70%。

使用有机化合物做为电极的优点在于它们不需要插层（intercalation）这道过程。锂离子电池利用插层结构在电极储存更多锂来提高电容量，但随着温度下降，锂嵌入插层的速度会慢到像蜗牛；而化合物电极吸收锂的速度则较不受低温影响。

其他电池研究人员通常透过开发特殊添加剂或从外部加热电池来补救低性能问题，但这些解决方法额外增加电池重量，且价格可能很昂贵。与传统锂离子电池的电极材料相比，有机材料丰富、价格低廉、对环境无害，该团队使用的电极价格仅为典型锂离子电池电极价格的三分之一。

只不过虽然性能佳，但电池比能量还是很低，尚无法胜任商业用途，但它仍在特殊领域提供了发展前景，比如寒冷的外太空探测，不用担心电池在任务中途断电。

（首图来源：NASA）

科技新报编辑

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