研究开发高性能水性电池，解决低温环境下产生的问题

文｜陈根

电池是新能源汽车的主要动力来源。随着新能源汽车行业的迅速发展，其潜在的一些问题也开始显现。比如电动汽车在低温环境中运行时，其动力电池的可用能量和功率衰减较为严重，且长期低温环境会加速电池的老化，缩短使用寿命。

拿常见的干性锂离子电池来说，其在低温环境下不仅充电比较困难，而且充电时负极表面易堆积形成金属锂。锂枝晶的生长会刺穿电池隔膜，造成电池内部短路。这不仅容易对电池造成永久性损伤，还会诱发电池热失控，导致其安全性能大大降低。

近日，香港大学的研究人员基于水性电池在低温环境下的放电速率比非水性电池好的特性，提出从相图、离子扩散率和氧化还原反应三个方面，设计出低温非水性电池的最佳水溶液电解质元素，以解决低温环境下产生的电池问题。

目前，低温水溶液电池面对的主要挑战是电解质冻结、离子扩散缓慢、电子转移迟缓，这些参数与电池中使用的低温水基电解质的物理化学特性密切相关。因此，研究水溶液电解质随温度变化的物理化学特性，对指导低温水溶液电解质（LT－AEs）的设计非常重要。

研究人员通过实验以及以往的报告，掌握了各种关于LT－AEs的性能信息。他们还考察了LT－AEs的导电性与温度、电解质浓度和电荷载体的关系，系统地报告了LT－AEs的平衡和非平衡相图，了解了电解质相在不同温度下的变化规律。这对于开发出理想的防冻水电解质十分重要。

理想的防冻水电解质不仅应该表现出低冰点温度Tm，还应该拥有强大的过冷能力，即液体电解质介质在低于冰点温度时甚至仍可保持液体状态，实现超低温下的离子传输。而降低扩散激活能，优化电解质浓度，选择具有低水合半径的电荷载体，以及设计协同扩散机制，是改善LT－AEs离子传导性的有效策略。

因此，研究人员通过降低发生离子转移所需的能量，调整电解质的浓度，选择某些能促进快速氧化还原反应速率的电荷载体，大幅改善了LT－AE的电荷传导性。目前，相关成果已发表在《纳米研究能源》杂志上。

       原文标题 : 陈根：研究开发，高性能水性电池