锂离子电池在极寒环境下寿命更长

锂离子电池在极寒环境下寿命更长

当气温降至冰点以下时，手机需要经常充电，而电动汽车的行驶里程也会缩短。这是因为他们的锂离子电池的阳极变得迟钝，保持较少的电荷并迅速消耗能量。为了提高极端寒冷条件下的电气性能，研究人员用凹凸不平的碳基材料取代了锂离子电池中的传统石墨阳极，使其可充电存储容量保持在低至 -31 F。
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当气温降至冰点以下时，手机需要经常充电，而电动汽车的行驶里程也会缩短。这是因为他们的锂离子电池的阳极变得迟钝，保持较少的电荷并迅速消耗能量。为了提高极端寒冷条件下的电气性能，ACS Central Science上的研究人员报告称，用凹凸不平的碳基材料取代了锂离子电池中的传统石墨阳极，使其可充电存储容量保持在低至 -31 F。

锂离子电池非常适合为可充电电子设备供电，因为它们可以储存大量能量并且使用寿命长。但是，当温度降至冰点以下时，这些能源的电气性能就会下降，而当条件足够冷时，它们可能无法传输任何电荷。这就是为什么生活在美国中西部的一些人在寒冷的冬天无法使用电动汽车，以及为什么在太空探索中使用这些电池存在风险。最近，科学家们确定阳极中石墨的扁平取向是导致锂离子电池在寒冷时储能能力下降的原因。因此，Xi Wang、Jiannian Yao 及其同事希望修改碳基材料的表面结构，以改进阳极的电荷转移过程。

为了创造这种新材料，研究人员在高温下加热含钴沸石咪唑酯骨架（称为 ZIF-67）。由此产生的 12 面碳纳米球具有凹凸不平的表面，显示出出色的电荷转移能力。然后，该团队在硬币形电池内测试了材料作为阳极、锂金属作为阴极的电性能。阳极在 77 F 至 -4 F 的温度下表现出稳定的充电和放电，并在刚好低于冰点的室温下保持 85.9% 的储能容量。相比之下，用其他碳基阳极（包括石墨和碳纳米管）制成的锂离子电池在冰点温度下几乎不充电。当研究人员将气温降至 -31 华氏度时，用凹凸不平的纳米球制成的阳极仍然可以充电，并且在放电过程中，释放了电池中近 100% 的电荷。研究人员说，将这种凹凸不平的纳米球材料结合到锂离子电池中，可以开辟在极低温度下使用这些能源的可能性。