北京
▲極低溫鋰離子電容器研究獲進展（視頻由AI生成）
儲能器件中，鋰離子電容器功率特性優異、壽命超長，在低溫場景中應用潛力巨大，但其獨特的儲能機制對電解液性能提出了更高要求。
01
天冷就“罷工”
在極地科考、深空探測等極端環境中，儲能設備正面臨著嚴峻的極寒考驗。
傳統鋰離子電池在-20℃以下會出現“性能崩盤”，核心原因在于：電解液隨溫度下降而變得粘稠甚至凝固，鋰離子在電極-電解液界面處的轉移遲滯不斷加劇，正負極間的離子傳導效率大幅衰減，致使電池“罷工”。
因此，設計更適配的電解液，讓儲能器件在超低溫下依然能夠高效穩定工作，成為學界亟待攻克的難題。
▲鋰離子儲能器件低溫性能面臨挑戰（圖片由AI生成）
02
抗寒在于“運動”
近日，中國科學院電工研究所團隊，提出了弱聚集結構的電解液設計新策略，讓鋰離子電容器在-100℃的極寒環境下實現有效放電。
電解液作為鋰離子在正負極之間傳輸的橋梁，既要強化鋰離子在自身體內的運動能力，又要保證在其與電極界面處的電荷傳輸順暢穩定。因此，電解液性能提升的關鍵在于微觀調控納米級結構。
團隊聚焦電解液微觀結構的三組弱相互作用，實現了弱相互作用間的協同調控，使電解液內鋰離子的溶劑化結構呈現弱聚集狀態。
也就是說，在低溫環境下，具有弱聚集微觀結構的電解液，兼顧體相“流動性好”與界面“阻力小”的雙重優勢，能夠助力提升器件性能。
03
“耐力”和“效率”兼得
研究團隊基于電解液創新，制備出1100F的大容量鋰離子電容器。該器件在-40℃低溫環境下連續運行7個月后，容量保持率仍達97.9%，性能衰減幅度小。同時，該器件首次實現了-100℃極端低溫條件下的有效放電，突破了鋰離子電容器低溫運行的技術瓶頸。
▲鋰離子電容器結構示意圖（圖片由AI生成）
通過弱相互作用工程對電解液結構進行精細調控，或成為打開超低溫儲能之門的通用鑰匙。
這一研究為極端環境下高性能儲能器件的電解液設計提供了全新思路，有望推動極地科考、深空探測、高原作業等特殊場景中儲能裝備的升級換代。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/anie.6979216
來源：中國科學院電工研究所
責任編輯：潘鵬
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