<p>加州大學(xué)圣地亞哥分校的一個納米工程師團(tuán)隊發(fā)表了一項開創(chuàng)性的研究，研究了在最熱和最冷的條件下都能提供高功率輸出的電池。這項工作為電解質(zhì)設(shè)計提供了見解，可以克服電池在極端溫度和天氣條件下的運行限制。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;它基本上可以讓你的電池在美國的任何州以及深海或太空中使用。&rdquo;加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院的教授鄭陳說，他隸屬于加州大學(xué)圣地亞哥分?？沙掷m(xù)電力和能源中心，也是這篇論文的合著者。&ldquo;你不需要擔(dān)心電池在亞利桑那州容易著火或在威斯康星州結(jié)冰。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項工作是由Chen的團(tuán)隊和由Y. Shirley孟領(lǐng)導(dǎo)的研究小組聯(lián)合完成的，Y. Shirley孟是芝加哥大學(xué)分子工程學(xué)教授，也是加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程學(xué)兼職教授。發(fā)表在2022年10月25日版《先進(jìn)材料》上的一篇論文深入探討了這一問題。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種技術(shù)的潛在應(yīng)用有很多。&ldquo;美國宇航局的太空探索任務(wù)可能是這些電池的理想應(yīng)用，&rdquo;加州大學(xué)圣地亞哥分校材料科學(xué)與工程項目的納米工程博士生尹義杰說，他是這篇論文的合著者。&ldquo;一些軍事部門或礦業(yè)公司可能會使用這種電池為深海下的探測設(shè)備供電。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種極端環(huán)境需要特殊的電池，具有較長的存儲和運行壽命，以及較高的能量和功率密度。最有前途的這類電池，即使用氟化碳鋰或Li/CFx的電池，由于其大塊電解質(zhì)傳輸緩慢和電荷轉(zhuǎn)移阻抗增加，通常具有顯著的局限性，這可能導(dǎo)致低溫條件下性能較差。</p> <p>&nbsp;</p> <p>得益于一種由二丁基醚液體溶液與鋰鹽混合而成的新型電解質(zhì)，這些新電池在極高和極低的溫度下都能表現(xiàn)良好。二丁基的沸點為141&deg;C，在高溫下仍保持液態(tài)。此外，二丁基醚分子與鋰離子的結(jié)合很弱，這種弱分子相互作用提高了極端溫度下的性能。研究人員在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，這種弱分子相互作用可以提高電池在零下溫度下的性能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用集成了透射電鏡表征的系統(tǒng)x射線光電子能譜，該團(tuán)隊評估了CFx的低溫性能界面。電解質(zhì)的快速傳輸和陰離子對溶劑化結(jié)構(gòu)降低了低溫下的電荷轉(zhuǎn)移電阻，提高了Li/CFx電池的性能(1690 Wh kg - 1， - 60&deg;C基于活性材料)。使用50 mg cm&minus;2加載電極，Li/CFx在&minus;60&deg;C時仍顯示1530 Wh kg&minus;1。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;當(dāng)我們第一次提出電解液配方并發(fā)現(xiàn)性能有顯著改善時，我們無法確定主導(dǎo)因素，&rdquo;尹說。&ldquo;我們精心設(shè)計了實驗，提出了每個參數(shù)，最終將性能的提高主要歸功于電解質(zhì)的整體物理和電化學(xué)性能。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>論文發(fā)表后，該小組計劃繼續(xù)并擴(kuò)大其工作。Yin說:&ldquo;我們意識到，對電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)的理解有限。&rdquo;&ldquo;研究溶劑化結(jié)構(gòu)如何隨著溫度的降低而變化，在科學(xué)上很有趣，將指導(dǎo)低溫電池的未來發(fā)展。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>論文:&ldquo;快速運輸和陰離子配對液化氣電解質(zhì)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>合著者包括殷毅杰，加州大學(xué)圣地亞哥分校材料科學(xué)與工程項目;Alex Liu，， Baharak Sayahpour, Ganesh Raghavendran, Guorui Cai, Han Bing and Matthew Mayer，加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系;Noah B. Schorr，桑迪亞國家實驗室電源研發(fā)部;蒂莫西&middot;n&middot;蘭伯特，桑迪亞國家實驗室光電與材料技術(shù)部;以及Sandia國家實驗室納米科學(xué)部的Katharine L. Harrison。通訊作者包括李維康，加州大學(xué)圣地亞哥分校材料科學(xué)與工程項目;陳崢，加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系和可持續(xù)動力與能源中心材料科學(xué)與工程項目;加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系和可持續(xù)動力與能源中心材料科學(xué)與工程項目Y. Shirley孟;以及芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院。這項工作得到了桑迪亞國家實驗室實驗室指導(dǎo)研究與發(fā)展計劃(218253項目)的部分支持，桑迪亞國家實驗室是一個多任務(wù)實驗室，由桑迪亞國家技術(shù)和工程解決方案有限責(zé)任公司管理和運營，該公司是霍尼韋爾國際公司的全資子公司，根據(jù)合同DE-NA-0003525為美國能源部國家核安全管理局服務(wù)。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>