了探索更具應用前景的鋰電池谊阐，許多研究團隊已將目光放到了基于純鋰的金屬陽極方案铸老，而不是當前普遍采用的混合材料酥夭。同時為了攻克在低溫下性能不佳的缺點素牌，該領域的科學家們也已經(jīng)取得了一些突破糙箍。比如加州大學圣迭戈分校（UCSD）的研究團隊沛狱，就依靠電解質中的弱鍵菊虏，釋放了鋰金屬電池在寒冷條件下的空前性能钟唯。

鋰離子和電解質分子之間結合的模擬結構(來自：UCSD)

鋰金屬電池之所以被寄予厚望识俄，是因為與當前普通的石墨 / 銅混合材料相比，純鋰金屬陽極具有出色的能量密度焚痰。

在巨大的差異面前纫蝗，研究人員將之描述為一種“夢想材料”，并且期望成為未來打破能量密度瓶頸的一個關鍵盯萄。

作為在循環(huán)過程中于電池兩極間來回攜帶鋰離子的溶液仇韩，電解質在一塊電池中的重要性也是不言而喻。

通常情況下用牲，低溫電池需要額外的加熱系統(tǒng)塌纯。不過加州大學圣迭戈(UCSD)研究團隊正在開發(fā)的這種鋰金屬電池，卻有望在極端低溫下進行高效的充放電勋酿。

據(jù)悉隆肪，其目的是開發(fā)出一種不會凍結的電解液，并且能夠在低溫下保持鋰離子在電極之間的流動性博个。

目前研究團隊正在嘗試兩種類型的電解質怀樟，其中一種可與離子牢固結合功偿、另一種則要弱得多，進而驗證哪種情況更適用于低溫工況漂佩。

結果發(fā)現(xiàn)脖含，在 -60℃(-76℉)環(huán)境下，采用牢固結合電解質的這組實驗電池僅能堅持兩個循環(huán)投蝉，而后就停止了工作养葵。

作為對比，采用弱結合電解質方案的電池瘩缆，可在經(jīng)歷 50 次充放電循環(huán)后关拒，依然保持平穩(wěn)的運行，且能夠保留 76% 的原始容量庸娱。

如果將工作溫度改成 -40℃(-40℉)着绊，弱結合電解質方案的電池組更能保留初始容量的 84% 。

論文一作 John Holoubek 表示：“我們發(fā)現(xiàn)鋰離子與電解質之間的結合熟尉、以及離子在電解質中所占據(jù)的結構归露，與它們在低溫下的表現(xiàn)有極大的關聯(lián)”。

針對此類概念驗證電池的進一步研究表明坠街，弱結合電解質能夠讓離子更均勻地沉積在電池陽極上种烫，而強結合電解質則會導致塊狀和針狀的沉積(枝晶)。

枝晶是改善鋰電池性能的另一個重要公關方向墅失，因其可能導致電池發(fā)生短路失效等嚴重故障鼻御。

研究合著者 Zheng Chen 表示：“通過在原子層面了解鋰離子和電解質的相互作用，不僅可以提升鋰電池的低溫表現(xiàn)筑渴，還有助于防止枝晶的形成”贰筹。

展望未來，這種類型的設備有望在外層空間和深嚎内澹勘探等領域發(fā)揮重要的作用前挡。有關這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然能源》(Nature Energy)期刊上情澈。

原標題為《Tailoring electrolyte solvation for Li metal batteries cycled at ultra-low temperature》阎敬。