研究人員改進鋰離子電池 在極度寒冷的環境中能持續更長時間

為了改善極端寒冷條件下的電氣性能，研究人員在ACS中央科學雜志上報告，用一種凹凸不平的碳基材料取代了鋰離子電池中的傳統石墨陽極，這種材料在零下31°F（-35°C）時仍能保持其可充電的存儲能力。鋰離子電池是一種可充電電池，鋰離子在放電時從負極通過電解質移動到正極，充電時再返回。鋰離子電池非常適合為可充電的電子產品供電，因為它們可以儲存大量的能量，并且有很長的壽命。但是當溫度降到冰點以下時，這些能源的電氣性能就會下降，當條件足夠冷時，它們可能無法轉移任何電荷。

這就是為什么一些生活在美國中西部的人在寒冬里對他們的電動汽車感到麻煩，以及為什么在太空探索中使用這些電池是有風險的。最近，科學家們確定，陽極中石墨的平坦方向是造成鋰離子電池在寒冷中儲能能力下降的原因。因此，研究人員修改一種碳基材料的表面結構，以改善陽極的電荷傳輸過程。

為了創造這種新材料，研究人員在高溫下加熱了一種含鈷的沸石咪唑框架（被稱為ZIF-67）。由此產生的12邊碳納米球具有凹凸不平的表面，表現出了出色的電荷傳輸能力。然后，研究小組測試了這種材料作為陽極的電性能，鋰金屬作為陰極，在一個硬幣狀的電池內。該陽極在77°F至-4°F（25°C至-20°C）的溫度下表現出穩定的充電和放電，并在冰點以下保持85.9%的室溫儲能能力。

相比之下，用其他碳基陽極（包括石墨和碳納米管）制造的鋰離子電池，在冰點溫度下幾乎沒有電。當研究人員將空氣溫度降至-31°F（-35°C）時，用凹凸不平的納米球制成的陽極仍然可以充電，并且在放電過程中，幾乎100%地釋放了投入電池的電量。研究人員說，將凹凸不平的納米球材料納入鋰離子電池可以為在極低溫度下使用這些能源開辟可能性。