最新出版的《科學(xué)》雜志刊登了電解液化學(xué)研究領(lǐng)域的一項重大突破：美國科學(xué)家首次使用液化氣取代電解液，分別讓鋰電池和超級電容器在零下60℃和零下80℃還能保持高效運(yùn)行。新技術(shù)不僅提高了電動車在寒冷冬季單次充電的運(yùn)行里程，還能為高空極冷環(huán)境下的無人機(jī)、衛(wèi)星、星際探測器等提供電能。
科學(xué)界普遍認(rèn)為，電解質(zhì)是改進(jìn)儲能裝置性能的最大瓶頸。液態(tài)電解質(zhì)已經(jīng)遭遇研究極限，許多科學(xué)家現(xiàn)在將目光聚焦在固態(tài)電解質(zhì)。但加州大學(xué)圣地亞戈分校可持續(xù)電力和能源中心及能源儲存和轉(zhuǎn)換實驗室主任孟穎教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊，反其道而行之，研究氣態(tài)電解質(zhì)并取得突破。這些氣態(tài)電解質(zhì)能在一定壓力下液態(tài)化，且更能抗凍。
在新研究中，他們從大量氣體候選物中選出兩種液化氣——氟甲烷和二氟甲烷，分別制成鋰電池和超級電容的電解質(zhì)，使得鋰電池的最低工作溫度從零下20℃延伸到零下60℃，超級電容的工作溫度從零下40℃延伸到零下80℃。而且，回到正常室溫后，這些電解質(zhì)仍能保持高效工作狀態(tài)。
除了創(chuàng)造低溫工作紀(jì)錄，這些氣態(tài)電解質(zhì)還克服了鋰電池中常見的熱失控問題，更具安全優(yōu)勢。熱失控是電池中的熱量惡性循環(huán)，電池工作時溫度會升高，啟動一系列化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)產(chǎn)生的熱量反過來進(jìn)一步讓電池變熱，使電池膨脹而毀壞。但氣態(tài)電解質(zhì)在高于室溫的環(huán)境下，會啟動一種天然關(guān)閉機(jī)制，讓電池失去導(dǎo)電性停止工作，從而防止電池過熱。
最新研究還克服了鋰電池充放電壽命太短的另一大挑戰(zhàn)。因重量輕且能儲存更多電荷，鋰金屬被公認(rèn)為終極電極材料，但鋰會與傳統(tǒng)電解液發(fā)生反應(yīng)，在電極表面形成針尖狀突起，將電池分隔從而引起短路，造成充放電次數(shù)過少。而新電解質(zhì)不會形成突起，大大延長了電池壽命。
研究人員表示，他們下一步要實現(xiàn)鋰電池在更低溫度下（零下100℃）工作的目標(biāo)，為火星探測甚至木星和土星等深空探測裝置提供全新供能技術(shù)。
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