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EXPRESS LETTER
Lithium Ion Batteries Operated at −100 ℃
Jianli Gai (盖建丽), Jirong Yang (杨纪荣), Wei Yang (杨伟), Quan Li (李泉), Xiaodong Wu (吴晓东), and Hong Li (李泓)
Chin. Phys. Lett. 2023 40 (8): 086101
DOI: 10.1088/0256-307X/40/8/086101
文章亮点
报道了一种低温液态电解质,具有非常低的冰点(Tf = −126.3 ℃)和极低温度下的高离子导电性(−100 ℃时为0.21 mS/cm),可以支持9.6 Ah锂离子电池在−100 ℃极低温度下工作(放电容量保持率相比室温达49.6%)。该实际锂离子电池工作温度是目前已公开报道中最低的。
图1. 公开报道的低温电池低温容量保持率比较。
可在零下100 ℃工作的锂离子电池
研究背景
电池作为动力系统的核心部分,必须能够在某些应用场景中经受非常恶劣的条件。例如,电动车可能会暴露在高纬度地区的−30 ℃低温环境中,甚至在极地地区的冬季可能降至−90 ℃(1983年南极洲沃斯托克站记录的最低温度为−89.2 ℃)。用于太空探索的设备将面临更加恶劣的环境条件,例如火星表面的极低温度可达−120 ℃。已有的锂离子电池在上述低温条件下工作的一个主要障碍是非水电解质的冻结,阻碍了锂离子(电池中的能量载体)的传输。最常用溶剂碳酸乙烯酯(EC)的冰点约为36 ℃(室温下为固体),无法支持锂离子电池在低温条件下工作。目前,大多数设备在环境温度较低时会自动关机以保护设备。
内容简介
最近,天目湖先进储能技术研究院和中国科学院物理所团队合作,报道了一种低温液态电解质,由传统的碳酸乙烯酯(EC)、乙酸甲酯(MA)、丁腈(BN)溶剂和1M LiPF6盐组成。该电解质具有非常低的冰点(Tf = −126.3 ℃)和极低温度下的高离子导电性(−100 ℃时为0.21 mS/cm),成功地将实际9.6 Ah锂离子电池的工作温度扩展到−100 ℃(相比室温保留49.6%的容量)。据我们所知,这是迄今为止报告中实际电池的最低工作温度,低于地球上记录的最低自然温度(−89.2 ℃)。与此同时,锂离子电池的高温性能不受影响。在25 ℃和45 ℃分别经过800个循环后,容量保持率分别达到88.2%和83.4%。
研究意义和重要性
保证储能系统在极低温度下的供电能力,对于很多应用场景具有决定性的影响,因此开发能够在极低温度下工作的锂离子电池和电源系统非常迫切。另外,对于极低温度下的电解液的基础性质的新认识,将促进全气候锂离子电池的开发。
研究快讯集锦
基于电子体系的高随机性高稳定性的无后处理量子随机数发生器
二维半导体包覆和范德华接触的晶体管构筑方法
基于斯塔克效应实现单个铒离子发光的大范围调谐
利用超快激光在单层MoS2中产生可由声子调控的磁性
水热法获得无间隙Fe的铁基超导体FeSe0.2Te0.8单晶
使用频率可调的抗磁悬浮探测器寻找超轻暗物质
扭角双层GaTe中的光学可调控的摩尔激子
利用外加磁场调控材料的热膨胀系数
多组份玻色超流系统的流体力学
超导系统中实现非阿贝尔任意子的量子模拟
钽基富氢化物高压合成和高压超导的发现
利用解纠缠张量强化密度矩阵重整化群算法
基于第一性原理计算的Lu-H-N相图
基于范德华A型反铁磁CrSBr的自旋过滤隧道结中的巨大隧穿磁电阻
双层1T-TiSe2中的电子-激子耦合
Fe基Kagome晶格化合物单晶Y0.5Fe3Sn3的结构确定、非稳反铁磁态及输运行为
π介子质量分布的实验确定
700 Wh/kg锂二次软包电池
转角四层二硫化钼莫尔超晶格中铁电序与关联态的耦合
LuH2压力诱导的颜色变化
门电压可调的细直径InAs-Al纳米线超导量子比特
手性磁畴壁调控量子反常霍尔效应
“12442”型铁基超导体RbCa2Fe4As4F2中奇异的第二峰效应
利用时间合成维度构建光学神经网络
基于随机态含时演化的大尺度密度泛函理论计算方法
插层铁基(Li,Fe)OHFeSe:准二维高Tc超导电性
强场电离诱导的电子-空穴相干性实时测量
含记忆临界现象理论
光学克尔非线性谐振腔中的动态非互易
范德华铁磁/半导体异质结中的大室温磁电阻
准二维铁硒基超导体中普适赝能隙行为的核磁共振实验证据
兆巴高压下的金刚石NV中心光探磁共振
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表面粗糙的聚集和反聚集效应对电子隧穿的巨大影响
对数量子时间晶体
本征微观态的重整化群理论
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氦离子注入制备的钇钡铜氧高温超导约瑟夫森结
变分角转移矩阵重正化群方法及其在经典统计模型中的应用
在单比特上基于量子态判别的互文性实验验证
巨行星内部可能存在的氦-二氧化硅化合物
范德瓦尔斯超导材料中准二维超导电性和可调控近藤晶格的共存
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