科學家開發新型能量密集型鋰硫電池可在極端溫度下工作

作為下一代電池技術研究的一部分，加州大學聖迭戈分校的科學家們正在探索能在極端溫度下工作的設計，他們已經開始取得一些重大進展。在他們的最新研究中，該團隊展示了一種鋰電池，它不僅可以在嚴寒和酷熱的溫度下工作，而且可以儲存兩倍於當前設備的能量，同時對環境更友好。

去年，同一組研究人員宣布了一項有趣的突破，它源於操縱鋰電池中離子運動的能力。這得益於一種重新發明的電解質溶液，它在電池的兩個電極，即陰極和陽極之間輸送鋰離子。

研究小組發現，一種與鋰離子形成較弱結合的電解質取得了成功，這使得鋰離子在充電過程中的分佈更加均勻。這種弱結合的電解質被整合到一個實驗性的鋰電池中，該電池有一個高密度的金屬陽極和一個硫基陰極，能夠在零度以下的溫度下運行，同時保持其大部分容量。

通過繼續實驗其電解質配方，科學家們現在已經開發出一個版本，它也能在光譜的另一端運行。新的電解質以鋰鹽和二丁醚為特徵，二丁醚是一種沸點為141°C的化合物，使電解質能夠在高溫下保持液態。

在用這種電解質進行的概念驗證實驗中，這些電池能夠在零下40℃時保持87.5%的容量，在50℃時保持115.9%的容量。它們在這些溫度下還表現出98%以上的高庫侖效率，這與它們在壽命結束前處理更多充電周期的能力有關。

一個有能力在低溫下工作的電池可以使電動汽車在寒冷的氣候下有更大的範圍。相反，能夠在較高溫度下安全運行的電池，除了其他優點外，還可以消除對冷卻系統的需求，以防止過熱。

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“你需要在環境溫度可以達到三位數（華氏度）的地區進行高溫操作，而且道路會變得更加炎熱，”研究作者鄭晨（音譯）解釋說。“在電動汽車中，電池組通常在地板下，靠近這些熱的道路。此外，電池在運行過程中僅僅因為有電流通過而變熱。如果電池不能忍受高溫下的這種升溫，它們的性能將迅速下降。”

再次，該團隊的電解質與由硫磺製成的高密度鋰金屬陽極和陰極兼容。這種類型的鋰硫電池有望儲存多達當今鋰電池兩倍的能量，這可能意味着電動汽車的續航能力增加一倍。此外，與今天的鋰電池陰極所使用的相對稀有和昂貴的金屬鈷相比，硫磺的來源更豐富，問題也更少，從而減輕了對環境的壓力。

該團隊還表示，他們的設計提供了比目前的鋰硫電池更長的循環壽命。它現在正將重點轉移到進一步延長這種循環壽命，使電池能夠在更高的溫度下運行，然後擴大技術規模。

這項研究將於本周發表在《美國國家科學院院刊》上。

科學家開發新型能量密集型鋰硫電池 可在極端溫度下工作