許多電動汽車的車主擔心他們的電池在非常寒冷的天氣里會失效。美國能源部阿貢國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室科學(xué)家開發(fā)了一種含氟電解質(zhì)，即使在低于0℃的溫度下也能很好地發(fā)揮作用。研究成果發(fā)表在最近的《先進能源材料》上。

目前鋰離子電池主要問題在于液體電解質(zhì)這個關(guān)鍵組件。在低溫下，含有碳酸鹽溶劑的電解質(zhì)會開始凍結(jié)，失去將鋰離子輸送到陽極的能力，嚴重限制了在寒冷地區(qū)和季節(jié)充電的有效性。這其實是由于鋰離子在溶劑簇中緊密結(jié)合。因此，與在室溫下相比，這些離子需要更高的能量來排出其團簇并穿透界面層。

新研究可以定制電解質(zhì)溶劑的原子結(jié)構(gòu)，以設(shè)計適用于零下溫度的新電解質(zhì)。該團隊分析了幾種含氟溶劑，并確定在零下溫度下從團簇中釋放鋰離子具有最低能量勢壘的成分。最終，團隊不僅發(fā)現(xiàn)了一種防凍電解液，其充電性能在-20℃時不會下降，而且還在原子水平上發(fā)現(xiàn)了它如此有效的原因——這取決于氟原子在每個溶劑分子中的位置及其數(shù)量。

在實驗室進行的電池測試中，該團隊的氟化電解質(zhì)在-20℃條件下保持了400次充放電循環(huán)的穩(wěn)定儲能容量。即使在零下的溫度下，其容量也相當于室溫下使用傳統(tǒng)碳酸鹽基電解質(zhì)的電池的容量。

此外，該防凍電解質(zhì)具有額外的特性。它比目前使用的碳酸鹽基電解質(zhì)安全得多，因為它不會著火。

這種低溫電解質(zhì)有望用于電動汽車中的電池，以及電網(wǎng)和消費電子產(chǎn)品（如計算機和手機）。

作者：張夢然 來源：科技日報 責(zé)任編輯：jianping