為了探索更有前途的鋰電池，科學(xué)家們將注意力轉(zhuǎn)向了基于純鋰的金屬陽極方案，而不是目前廣泛使用的混合材料。同時(shí)，為了克服其低溫性能差的缺點(diǎn)，該領(lǐng)域的科學(xué)家一直在絞盡腦汁，取得了一些突破。

　　據(jù)報(bào)道，加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)的研究小組正在努力開發(fā)一種可以在非常低的溫度下充電和放電的電池，這種電池通常需要額外的加熱系統(tǒng)。然而，這一次，他們把注意力集中在電解質(zhì)上，這使得鋰金屬電池在寒冷條件下釋放出前所未有的性能。

　　眾所周知，與目前使用的石墨/銅混合陽極相比，純鋰金屬陽極具有優(yōu)異的能量密度，因此被認(rèn)為是一種很有前途的技術(shù)。面對(duì)如此巨大的差異，一些電池研究人員甚至將鋰金屬描述為“夢(mèng)幻材料”，并將其視為打破能量密度瓶頸的關(guān)鍵。

　　作為一種在循環(huán)過程中在電池兩極之間來回?cái)y帶鋰離子的溶液，電解液在電池中的重要性不言而喻。UCSD研究小組的目標(biāo)是開發(fā)一種不會(huì)結(jié)冰的電解質(zhì)，使鋰離子在寒冷的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)。

　　具體來說，研究人員使用兩種類型的電解質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一種可以與離子牢固結(jié)合，另一種弱得多，以驗(yàn)證哪種更適合低溫條件。

　　發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)結(jié)合牢固的實(shí)驗(yàn)電池在-60℃(-76℉)下僅持續(xù)兩個(gè)循環(huán)，然后停止工作。

　　相反，弱結(jié)合電解質(zhì)的電池在50次循環(huán)后仍能平穩(wěn)運(yùn)行，保持76%的容量。如果把工作溫度改成-40°C(-40°F)，這個(gè)方案甚至可以保持84%的產(chǎn)能。

　　該研究的第一作者JohnHoloubek說，“我們發(fā)現(xiàn)鋰離子和電解質(zhì)的結(jié)合以及電解質(zhì)中離子占據(jù)的結(jié)構(gòu)與它們?cè)诘蜏叵碌男阅苡泻艽箨P(guān)系。”

　　值得一提的是，對(duì)這類概念驗(yàn)證電池的進(jìn)一步研究還表明，弱結(jié)合電解質(zhì)可以使離子更均勻地沉積在電池陽極上，而強(qiáng)結(jié)合電解質(zhì)會(huì)導(dǎo)致大量針狀沉積(枝晶)。

　　這是科學(xué)家研究鋰金屬電池的另一個(gè)焦點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儠?huì)很快導(dǎo)致電池短路、失效等嚴(yán)重故障。

　　研究人員說，“通過在原子水平上理解鋰離子和電解質(zhì)之間的相互作用，不僅可以提高鋰電池的低溫性能，還有助于防止枝晶的形成。”

　　基于這些發(fā)現(xiàn)，研究小組建立了具有硫基陰極和弱結(jié)合電解質(zhì)的鋰金屬電池的原型。據(jù)說這種設(shè)備將在外層空間探索和深海探索中發(fā)揮重要作用。

　　“這項(xiàng)工作的意義實(shí)際上是雙重的，”研究人員說，從科學(xué)的角度來看，它提出了一種與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反的觀點(diǎn)。

　　從技術(shù)上來說，這是第一個(gè)可以在超低溫下充電的鋰金屬電池，在-60℃全運(yùn)行條件下也能提供可觀的能量密度。這兩個(gè)方面為超低溫電池提供了完整的解決方案。