中國儲能網(wǎng)訊：儲能器件中，鋰離子電容器功率特性優(yōu)異、壽命超長，在低溫場景中應(yīng)用潛力巨大，但其獨(dú)特的儲能機(jī)制對電解液性能提出了更高要求。
01
天冷就“罷工”
在極地科考、深空探測等極端環(huán)境中，儲能設(shè)備正面臨著嚴(yán)峻的極寒考驗(yàn)。
傳統(tǒng)鋰離子電池在-20℃以下會出現(xiàn)“性能崩盤”，核心原因在于：電解液隨溫度下降而變得粘稠甚至凝固，鋰離子在電極-電解液界面處的轉(zhuǎn)移遲滯不斷加劇，正負(fù)極間的離子傳導(dǎo)效率大幅衰減，致使電池“罷工”。
因此，設(shè)計(jì)更適配的電解液，讓儲能器件在超低溫下依然能夠高效穩(wěn)定工作，成為學(xué)界亟待攻克的難題。
▲鋰離子儲能器件低溫性能面臨挑戰(zhàn)（圖片由AI生成）
02
抗寒在于“運(yùn)動(dòng)”
近日，中國科學(xué)院電工研究所團(tuán)隊(duì)，提出了弱聚集結(jié)構(gòu)的電解液設(shè)計(jì)新策略，讓鋰離子電容器在-100℃的極寒環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效放電。
電解液作為鋰離子在正負(fù)極之間傳輸?shù)臉蛄?，既要?qiáng)化鋰離子在自身體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)能力，又要保證在其與電極界面處的電荷傳輸順暢穩(wěn)定。因此，電解液性能提升的關(guān)鍵在于微觀調(diào)控納米級結(jié)構(gòu)。
團(tuán)隊(duì)聚焦電解液微觀結(jié)構(gòu)的三組弱相互作用，實(shí)現(xiàn)了弱相互作用間的協(xié)同調(diào)控，使電解液內(nèi)鋰離子的溶劑化結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)弱聚集狀態(tài)。
也就是說，在低溫環(huán)境下，具有弱聚集微觀結(jié)構(gòu)的電解液，兼顧體相“流動(dòng)性好”與界面“阻力小”的雙重優(yōu)勢，能夠助力提升器件性能。
03
“耐力”和“效率”兼得
研究團(tuán)隊(duì)基于電解液創(chuàng)新，制備出1100F的大容量鋰離子電容器。該器件在-40℃低溫環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行7個(gè)月后，容量保持率仍達(dá)97.9%，性能衰減幅度小。同時(shí)，該器件首次實(shí)現(xiàn)了-100℃極端低溫條件下的有效放電，突破了鋰離子電容器低溫運(yùn)行的技術(shù)瓶頸。
▲鋰離子電容器結(jié)構(gòu)示意圖（圖片由AI生成）
通過弱相互作用工程對電解液結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，或成為打開超低溫儲能之門的通用鑰匙。
這一研究為極端環(huán)境下高性能儲能器件的電解液設(shè)計(jì)提供了全新思路，有望推動(dòng)極地科考、深空探測、高原作業(yè)等特殊場景中儲能裝備的升級換代
