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可在极寒条件下使用 ACS研究人员提高了锂离子电池性能

盖世汽车刘丽婷 2022-06-09 16:38

盖世汽车讯当气温降至冰点以下时，手机需要经常充电，而电动汽车的续航里程也变得更短。这是因为设备的锂离子电池的阳极变得迟缓，只能保持较少的电荷并迅速耗尽能量。

据外媒报道，为了提高极端寒冷条件下的电气性能，美国化学协会（American Chemical Society，ACS）研究人员称已将锂离子电池中的传统石墨阳极替换为凹凸不平的碳基材料，该材料可在-35℃保持其可充电存储容量。相关论文已发布于期刊《ACS Central Science》。

图片来源：美国化学协会

锂离子电池非常适合为可充电电子设备供电，因为这种电池可以存储大量能量并且使用寿命长。但是当温度低于冰点时，该电池的电气性能下降，且当温度非常低时，电池可能无法转移任何电荷。这就是为什么生活在美国中西部的一些人在严冬时无法使用电动汽车的原因，以及为什么在太空探索中使用这些电池存在风险。

最近，科学家们确定，阳极中石墨的扁平取向是导致锂离子电池在寒冷中的储能能力下降的原因。因此，研究人员Xi Wang、Jiannian Yao及其同事希望修改碳基材料的表面结构，以改善阳极的电荷转移过程。

为了制造这种新材料，研究人员在高温下加热了含钴的沸石咪唑酯结构材料（ZIF-67）。所得的12面碳纳米球具有凹凸不平的表面，表现出出色的电荷转移能力。然后，该团队在一个硬币形电池内测试了该材料作为阳极，且锂金属作为阴极的电气性能。该电池阳极在25℃到-20℃的温度范围内表现出稳定的充电和放电性能，并在略低于冰点情况下保持85.9%的室温储能容量。

相比之下，使用其他碳基阳极（包括石墨和碳纳米管）制成的锂离子电池在冰点温度下几乎无法充电。当研究人员将空气温度降至-35℃时，由凹凸不平的纳米球制成的阳极仍然可以充电，并且在放电过程中，释放出近100%的电池电量。研究人员说，通过将凹凸不平的纳米球材料加入锂离子电池中，这些电池将有可能应用于极低温度下。