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锂电池技术重大突破!新型阳极可让电池在极寒环境下稳定充放电

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作为电动汽车和许多其他清洁交通方式的动力来源,电池技术的改进有望在许多重要方面提高汽车性能。这不仅包括续航里程,还包括它们在寒冷气候下的运行能力。一项新的研究介绍了一种针对零度以下环境的电池新设计,并展示了该技术的广阔应用前景。

众所周知,接近冰点的极端温度对锂离子电池来说是一个很大的问题,会导致大量的电力损失。对电动汽车而言,这可能意味着充电速度慢、续航里程减少,同时会对再生制动等系统产生影响。

因此,科学家们一直都在努力改进电池技术,希望提高容量、加快充电速度、增强续航能力、提高安全性,并且在非常寒冷的温度下提升性能。福特(Ford)等汽车制造商已经对热管理系统进行了试验,旨在解决这些缺点,当然其他研究小组也提出了一些创造性的解决方案。

为了取得突破,美国化学学会(ACS)的科学家们这次将目标对准了锂离子电池中的两个电极之一——阳极(通常由石墨制成)。但最近的研究表明,阳极的扁平特性会降低电池在寒冷环境中传递电荷的能力。因此,该团队开始试验一些替代方案,并最终找到了一个看起来很有希望的解决方案。

据悉,新的设计从一种被称为含钴沸石咪唑酯骨架(ZIF-67)的材料开始,该材料被加热到高温,会形成12边碳纳米球。这些微小的结构表面凹凸不平,但恰好具有出色的电荷转移能力,所以它们很快就被用于一种带有锂金属阴极的硬币形电池的负极材料。

实验表明,在25°C到-20°C的温度范围内,电池也可以保持稳定的充放电。在接近冰点的温度下,电池保持了85.9%的存储容量。这些测试是与其他锂离子电池设计一起进行的,其他电池被发现在冰冻温度下几乎无法转移电荷。

值得注意的是,即使将温度降至-35°C,阳极凹凸不平的电池仍然能够充电,并在放电过程中释放几乎所有的电荷。这项研究成果已于近期发表在了著名科学期刊ACS Central Science杂志上。

科学家们表示,这些结果表明,这样的设计可以将锂离子电池的功能扩展到极端环境中,这可能不仅适用于电动汽车,还适用于从无人机到航天器等其他产品。


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