一种新的电池化学有望解决这个问题

电动悟空摘录 许多电动汽车车主担心车辆电池在寒冷气候下的有效性。据外国媒体报道，一种新的电池化学有望解决这个问题。

(图片来源:阿贡实验室)

在目前的锂离子电池中，主要的问题是电解质。电解质作为电池的主要组成部分，可以在电池的两个电极之间传输带电颗粒（即离子），从而实现电池的充放电。然而，在寒冷地区或季节，液体开始在零度以下结冰，严重影响了电动汽车的充电效率。

为了解决这个问题，美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）开发了一种含氟电解液，即使在零度以下也表现良好。Zhengcheng，阿贡化学科学与工程部高级化学家 "John" Zhang说：“研究团队不仅发现了一种防冻电解质，而且在零下4华氏度的充电性能也不会下降，而且还发现了是什么使其在原子层面如此有效。”

这种低温电解质有望用于计算机和电话等电动汽车电池、电网储能和消费电子产品。

电解液是目前使用的锂离子电池中广泛使用的盐(六氟磷酸锂)和碳酸盐溶剂(如碳酸亚乙酯)的混合物。溶剂将盐溶解成液体。电池充电时，电解液将锂离子从正极传输到负极(含锂氧化物)。这些离子从正极中移出，然后通过电解液进入负极。离子位于由四五个溶剂分子组成的团簇中心，通过电解液传输。

在最初的充电过程中，这些分子簇撞击负极表面，形成固体电解质界面。该保护层只允许锂离子通过层体，同时防止溶剂分子。在这种情况下，负极可以将锂原子储存在石墨结构中。在放电过程中，锂中的电子通过电化学反应释放，从而产生电力，为汽车提供动力。

问题是，含有碳酸盐溶剂的电解质在低温下开始冻结，锂离子在充电时不能输送到负极。这是因为锂离子与溶剂簇紧密结合，需要比室温高得多的能量来疏散簇并穿透界面层。因此，研究人员一直在寻找更好的溶剂。

该团队研究了几种含氟溶剂，并确定了在零下温度下释放锂离子的最低能量基。研究人员还从原子层面确定了为什么这些特殊成分如此有效。这取决于氟原子在每个溶剂分子中的位置和数量。

在实验室测试电池时，该团队的氟化电解质可以在零下4华氏度保持稳定的储能能力，实现400次充放电循环。即使在零下温度环境中，其容量仍然相当于在室温下使用传统碳酸基电解质的电池。”本研究展示了如何调整电解质溶剂的原子结构，以设计适合零下温度的新电解质。”

此外，这种防冻电解质不会着火，比目前使用的碳酸盐电解质安全得多。“该团队正在为这种更安全的低温电解质申请专利，”Zhang说。现在，研究人员正在寻找工业合作伙伴，将其应用于锂离子电池设计。”