加州大学圣地亚哥分校的一个纳米工程师团队发表了一项开创性的研究，研究了在最热和最冷的条件下都能提供高功率输出的电池。这项工作为电解质设计提供了见解，可以克服电池在极端温度和天气条件下的运行限制。

“它基本上可以让你的电池在美国的任何州以及深海或太空中使用。”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的教授郑陈说，他隶属于加州大学圣地亚哥分校可持续电力和能源中心，也是这篇论文的合著者。“你不需要担心电池在亚利桑那州容易着火或在威斯康星州结冰。”

这项工作是由Chen的团队和由Y. Shirley孟领导的研究小组联合完成的，Y. Shirley孟是芝加哥大学分子工程学教授，也是加州大学圣地亚哥分校纳米工程学兼职教授。发表在2022年10月25日版《先进材料》上的一篇论文深入探讨了这一问题。

这种技术的潜在应用有很多。“美国宇航局的太空探索任务可能是这些电池的理想应用，”加州大学圣地亚哥分校材料科学与工程项目的纳米工程博士生尹义杰说，他是这篇论文的合著者。“一些军事部门或矿业公司可能会使用这种电池为深海下的探测设备供电。”

这种极端环境需要特殊的电池，具有较长的存储和运行寿命，以及较高的能量和功率密度。最有前途的这类电池，即使用氟化碳锂或Li/CFx的电池，由于其大块电解质传输缓慢和电荷转移阻抗增加，通常具有显著的局限性，这可能导致低温条件下性能较差。

得益于一种由二丁基醚液体溶液与锂盐混合而成的新型电解质，这些新电池在极高和极低的温度下都能表现良好。二丁基的沸点为141°C，在高温下仍保持液态。此外，二丁基醚分子与锂离子的结合很弱，这种弱分子相互作用提高了极端温度下的性能。研究人员在之前的研究中发现，这种弱分子相互作用可以提高电池在零下温度下的性能。

利用集成了透射电镜表征的系统x射线光电子能谱，该团队评估了CFx的低温性能界面。电解质的快速传输和阴离子对溶剂化结构降低了低温下的电荷转移电阻，提高了Li/CFx电池的性能(1690 Wh kg - 1， - 60°C基于活性材料)。使用50 mg cm−2加载电极，Li/CFx在−60°C时仍显示1530 Wh kg−1。

“当我们第一次提出电解液配方并发现性能有显著改善时，我们无法确定主导因素，”尹说。“我们精心设计了实验，提出了每个参数，最终将性能的提高主要归功于电解质的整体物理和电化学性能。”

论文发表后，该小组计划继续并扩大其工作。Yin说:“我们意识到，对电解质的溶剂化结构的温度效应的理解有限。”“研究溶剂化结构如何随着温度的降低而变化，在科学上很有趣，将指导低温电池的未来发展。”

论文:“快速运输和阴离子配对液化气电解质。”

合著者包括殷毅杰，加州大学圣地亚哥分校材料科学与工程项目;Alex Liu，， Baharak Sayahpour, Ganesh Raghavendran, Guorui Cai, Han Bing and Matthew Mayer，加州大学圣地亚哥分校纳米工程系;Noah B. Schorr，桑迪亚国家实验室电源研发部;蒂莫西·n·兰伯特，桑迪亚国家实验室光电与材料技术部;以及Sandia国家实验室纳米科学部的Katharine L. Harrison。通讯作者包括李维康，加州大学圣地亚哥分校材料科学与工程项目;陈峥，加州大学圣地亚哥分校纳米工程系和可持续动力与能源中心材料科学与工程项目;加州大学圣地亚哥分校纳米工程系和可持续动力与能源中心材料科学与工程项目Y. Shirley孟;以及芝加哥大学普利兹克分子工程学院。这项工作得到了桑迪亚国家实验室实验室指导研究与发展计划(218253项目)的部分支持，桑迪亚国家实验室是一个多任务实验室，由桑迪亚国家技术和工程解决方案有限责任公司管理和运营，该公司是霍尼韦尔国际公司的全资子公司，根据合同DE-NA-0003525为美国能源部国家核安全管理局服务。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。