最新出版的《科學》雜志刊登了電解液化學研究領域的一項重大突破：美國科學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℃還能保持高效運行。新技術不僅提高了電動車在寒冷冬季單次充電的運行里程，還能為高空極冷環(huán)境下的無人機、衛(wèi)星、星際探測器等提供電能。
科學界普遍認為，電解質是改進儲能裝置性能的最大瓶頸。液態(tài)電解質已經遭遇研究極限，許多科學家現在將目光聚焦在固態(tài)電解質。但加州大學圣地亞戈分?？沙掷m(xù)電力和能源中心及能源儲存和轉換實驗室主任孟穎教授帶領其團隊，反其道而行之，研究氣態(tài)電解質并取得突破。這些氣態(tài)電解質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，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，這些電解質仍能保持高效工作狀態(tài)。
除了創(chuàng)造低溫工作紀錄，這些氣態(tài)電解質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，啟動一系列化學反應，這些反應產生的熱量反過來進一步讓電池變熱，使電池膨脹而毀壞。但氣態(tài)電解質在高于室溫的環(huán)境下，會啟動一種天然關閉機制，讓電池失去導電性停止工作，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，鋰金屬被公認為終極電極材料，但鋰會與傳統(tǒng)電解液發(fā)生反應，在電極表面形成針尖狀突起，將電池分隔從而引起短路，造成充放電次數過少。而新電解質不會形成突起，大大延長了電池壽命。
研究人員表示，他們下一步要實現鋰電池在更低溫度下（零下100℃）工作的目標，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。
