研究人员改进锂离子电池 在极度寒冷的环境中能持续更长时间

为了改善极端寒冷条件下的电气性能，研究人员在ACS中央科学杂志上报告，用一种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，这种材料在零下31°F（-35°C）时仍能保持其可充电的存储能力。锂离子电池是一种可充电电池，锂离子在放电时从负极通过电解质移动到正极，充电时再返回。锂离子电池非常适合为可充电的电子产品供电，因为它们可以储存大量的能量，并且有很长的寿命。但是当温度降到冰点以下时，这些能源的电气性能就会下降，当条件足够冷时，它们可能无法转移任何电荷。

这就是为什么一些生活在美国中西部的人在寒冬里对他们的电动汽车感到麻烦，以及为什么在太空探索中使用这些电池是有风险的。最近，科学家们确定，阳极中石墨的平坦方向是造成锂离子电池在寒冷中储能能力下降的原因。因此，研究人员修改一种碳基材料的表面结构，以改善阳极的电荷传输过程。

为了创造这种新材料，研究人员在高温下加热了一种含钴的沸石咪唑框架（被称为ZIF-67）。由此产生的12边碳纳米球具有凹凸不平的表面，表现出了出色的电荷传输能力。然后，研究小组测试了这种材料作为阳极的电性能，锂金属作为阴极，在一个硬币状的电池内。该阳极在77°F至-4°F（25°C至-20°C）的温度下表现出稳定的充电和放电，并在冰点以下保持85.9%的室温储能能力。

相比之下，用其他碳基阳极（包括石墨和碳纳米管）制造的锂离子电池，在冰点温度下几乎没有电。当研究人员将空气温度降至-31°F（-35°C）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，几乎100%地释放了投入电池的电量。研究人员说，将凹凸不平的纳米球材料纳入锂离子电池可以为在极低温度下使用这些能源开辟可能性。