加州大學中國博士生將液化氣電解液應用于超低溫電池，在-60℃保持91%常溫放電容量 _電池

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在儲能體系中，一次電池被認為是“區別于可充電性電池”中不可或缺的存在。
在需要超長儲存壽命，極端環境或者不需要可充電的情況下，一次電池由于能量密度高、高功率性能好、自放電低等優勢，被大量應用于醫療設備、航空航天、高海拔和深海探測等領域。鋰/氟化碳（Li/CFx）由于在一次電池中性能突出，已經被商業化應用。
【加州大學中國博士生將液化氣電解液應用于超低溫電池，在-60℃保持91%常溫放電容量】但是從電解液開發角度來分析，由于常用的電解液存在低離子電導率，相對高的粘度和高阻抗的鋰離子溶劑化結構脫附，在超級低溫（低于零下 40℃）、高功率放電領域，Li/CFx 電池的性能仍有很大的進步空間。
近日，加州大學圣地亞哥分校團隊設計了一種用于 Li/CFx 電池的超低溫電解液，該電解液展示出高離子電導率，陰離子對富集的溶劑化結構，并且在低溫下也能夠保持這些特性。
具體來說，在 -60℃ 的超低溫度條件中，運用這種電解液的 Li/CFx 電池可以保持 91% 的常溫容量保持率，甚至在 -70℃ 依然可以釋放 70% 的容量。此外，這種電解液與超厚電極（400 微米，5 0mg/cm 2 ）也展示出突出的性能，在 -60 ℃ 下的容量可達常溫的 84% 。
圖丨相關論文（來源：Advanced Materials）
近日，相關論文以《超低溫鋰/氟化碳電池實現快速運輸和陰離子配對液化氣體電解質》（）為題在 Advanced Materials 上以 Early View 形式展現[1] 。

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在 -60℃ 保持 91% 常溫放電容量
該團隊通過優化鹽的種類，甲醚（Me 2 O）和碳酸亞丙烯酯的體積比，形成的溶液在寬溫領域（-70℃~+55 ℃）展示出大于 3.5mS/cm 的離子電導率。
即使是在 1mol/L 的濃度下，溶液也表現出陰離子對富集的溶劑化結構，而這樣的溶劑化結構類似于高濃度或者局部高濃體系。

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圖丨該論文共同通訊作者教授（左）和博士在第 242 屆亞特蘭大電化學會議（來源：尹一杰）
該論文第一作者、加州大學圣地亞哥分校材料系博士生表示：“我們創新性地將稀溶液的高離子傳導率，和局部高濃在鋰離子去溶劑化的優勢相結合，表現出優異的低溫及大電流放電性能。”
另一方面，由于 Me2O 具備比常用的溶劑低一個數量級的黏性，因此即便用 50mg/cm2 面密度的 CFx 電極，電池在 -60℃ 下依然可以保持 91% 常溫放電容量。

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圖丨CFx 在不同電解質中的電化學性能（來源：Advanced Materials）
與此同時，該團隊希望通過探索明確低溫性能優異的機理。考慮到界面分析的復雜性，他們先通過監視在不同放電狀態下的電化學阻抗，觀察到 Me2O 體系中顯著降級的電解液、電極的內阻以及電荷轉移電阻。“前者與更高的離子電導率相吻合，后者有三種可能來源。”說。
具體來說，一是鋰離子從溶劑化結構中脫附，二是正極/電解液界面的物理形貌和化學結構導致的鋰離子在正極/電解液界面中的轉移速率不同，三是 CFx 放電產物的結構不同。
該團隊通過巧妙的實驗設計，在兩種溶液中分別將 Li/CFx 放電 10 小時，然后用 X 射線光電子能譜學，高分辨透射電鏡和電子能量損失譜去分析樣品。