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許多電動(dòng)汽車的車主擔(dān)心他們的電池在非常寒冷的天氣里會(huì)失效。美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家開發(fā)了一種含氟電解質(zhì)，即使在低于0℃的溫度下也能很好地發(fā)揮作用。研究成果發(fā)表在最近的《先進(jìn)能源材料》上。

目前鋰離子電池主要問題在于液體電解質(zhì)這個(gè)關(guān)鍵組件。在低溫下，含有碳酸鹽溶劑的電解質(zhì)會(huì)開始凍結(jié)，失去將鋰離子輸送到陽極的能力，嚴(yán)重限制了在寒冷地區(qū)和季節(jié)充電的有效性。這其實(shí)是由于鋰離子在溶劑簇中緊密結(jié)合。因此，與在室溫下相比，這些離子需要更高的能量來排出其團(tuán)簇并穿透界面層。

新研究可以定制電解質(zhì)溶劑的原子結(jié)構(gòu)，以設(shè)計(jì)適用于零下溫度的新電解質(zhì)。該團(tuán)隊(duì)分析了幾種含氟溶劑，并確定在零下溫度下從團(tuán)簇中釋放鋰離子具有最低能量勢(shì)壘的成分。最終，團(tuán)隊(duì)不僅發(fā)現(xiàn)了一種防凍電解液，其充電性能在-20℃時(shí)不會(huì)下降，而且還在原子水平上發(fā)現(xiàn)了它如此有效的原因——這取決于氟原子在每個(gè)溶劑分子中的位置及其數(shù)量。

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的電池測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)的氟化電解質(zhì)在-20℃條件下保持了400次充放電循環(huán)的穩(wěn)定儲(chǔ)能容量。即使在零下的溫度下，其容量也相當(dāng)于室溫下使用傳統(tǒng)碳酸鹽基電解質(zhì)的電池的容量。

此外，該防凍電解質(zhì)具有額外的特性。它比目前使用的碳酸鹽基電解質(zhì)安全得多，因?yàn)樗粫?huì)著火。

這種低溫電解質(zhì)有望用于電動(dòng)汽車中的電池，以及電網(wǎng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品(如計(jì)算機(jī)和手機(jī))。

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