液化氣讓鋰電池在零下60℃高效運行

科技日報北京6月18日電 （記者聶翠蓉）最新出版的《科學》雜誌刊登了電解液化學研究領域的一項重大突破：美國科學家首次使用液化氣取代電解液，分別讓鋰電池和超級電容器在零下60℃和零下80℃還能保持高效運行。新技術不僅提高了電動車在寒冷冬季單次充電的運行里程，還能為高空極冷環境下的無人機、衛星、星際探測器等提供電能。

科學界普遍認為，電解質是改進儲能裝置性能的最大瓶頸。液態電解質已經遭遇研究極限，許多科學家現在將目光聚焦在固態電解質。但加州大學聖地亞戈分校可持續電力和能源中心及能源儲存和轉換實驗室主任孟穎教授帶領其團隊，反其道而行之，研究氣態電解質並取得突破。這些氣態電解質能在一定壓力下液態化，且更能抗凍。

在新研究中，他們從大量氣體候選物中選出兩種液化氣——氟甲烷和二氟甲烷，分別製成鋰電池和超級電容的電解質，使得鋰電池的最低工作溫度從零下20℃延伸到零下60℃，超級電容的工作溫度從零下40℃延伸到零下80℃。而且，回到正常室溫后，這些電解質仍能保持高效工作狀態。

除了創造低溫工作紀錄，這些氣態電解質還克服了鋰電池中常見的熱失控問題，更具安全優勢。熱失控是電池中的熱量惡性循環，電池工作時溫度會升高，啟動一系列化學反應，這些反應產生的熱量反過來進一步讓電池變熱，使電池膨脹而毀壞。但氣態電解質在高於室溫的環境下，會啟動一種天然關閉機制，讓電池失去導電性停止工作，從而防止電池過熱。

最新研究還克服了鋰電池充放電壽命太短的另一大挑戰。因重量輕且能儲存更多電荷，鋰金屬被公認為終極電極材料，但鋰會與傳統電解液發生反應，在電極表面形成針尖狀突起，將電池分隔從而引起短路，造成充放電次數過少。而新電解質不會形成突起，大大延長了電池壽命。

研究人員表示，他們下一步要實現鋰電池在更低溫度下（零下100℃）工作的目標，為火星探測甚至木星和土星等深空探測裝置提供全新供能技術。