加州大学中国博士生将液化气电解液应用于超低温电池，在-60℃保持91%常温放电容量 _电池

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在储能体系中，一次电池被认为是“区别于可充电性电池”中不可或缺的存在。
在需要超长储存寿命，极端环境或者不需要可充电的情况下，一次电池由于能量密度高、高功率性能好、自放电低等优势，被大量应用于医疗设备、航空航天、高海拔和深海探测等领域。锂/氟化碳（Li/CFx）由于在一次电池中性能突出，已经被商业化应用。
【加州大学中国博士生将液化气电解液应用于超低温电池，在-60℃保持91%常温放电容量】但是从电解液开发角度来分析，由于常用的电解液存在低离子电导率，相对高的粘度和高阻抗的锂离子溶剂化结构脱附，在超级低温（低于零下 40℃）、高功率放电领域，Li/CFx 电池的性能仍有很大的进步空间。
近日，加州大学圣地亚哥分校团队设计了一种用于 Li/CFx 电池的超低温电解液，该电解液展示出高离子电导率，阴离子对富集的溶剂化结构，并且在低温下也能够保持这些特性。
具体来说，在 -60℃ 的超低温度条件中，运用这种电解液的 Li/CFx 电池可以保持 91% 的常温容量保持率，甚至在 -70℃ 依然可以释放 70% 的容量。此外，这种电解液与超厚电极（400 微米，5 0mg/cm 2 ）也展示出突出的性能，在 -60 ℃ 下的容量可达常温的 84% 。
图丨相关论文（来源：Advanced Materials）
近日，相关论文以《超低温锂/氟化碳电池实现快速运输和阴离子配对液化气体电解质》（）为题在 Advanced Materials 上以 Early View 形式展现[1] 。

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在 -60℃ 保持 91% 常温放电容量
该团队通过优化盐的种类，甲醚（Me 2 O）和碳酸亚丙烯酯的体积比，形成的溶液在宽温领域（-70℃~+55 ℃）展示出大于 3.5mS/cm 的离子电导率。
即使是在 1mol/L 的浓度下，溶液也表现出阴离子对富集的溶剂化结构，而这样的溶剂化结构类似于高浓度或者局部高浓体系。

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图丨该论文共同通讯作者教授（左）和博士在第 242 届亚特兰大电化学会议（来源：尹一杰）
该论文第一作者、加州大学圣地亚哥分校材料系博士生表示：“我们创新性地将稀溶液的高离子传导率，和局部高浓在锂离子去溶剂化的优势相结合，表现出优异的低温及大电流放电性能。”
另一方面，由于 Me2O 具备比常用的溶剂低一个数量级的黏性，因此即便用 50mg/cm2 面密度的 CFx 电极，电池在 -60℃ 下依然可以保持 91% 常温放电容量。

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图丨CFx 在不同电解质中的电化学性能（来源：Advanced Materials）
与此同时，该团队希望通过探索明确低温性能优异的机理。考虑到界面分析的复杂性，他们先通过监视在不同放电状态下的电化学阻抗，观察到 Me2O 体系中显著降级的电解液、电极的内阻以及电荷转移电阻。“前者与更高的离子电导率相吻合，后者有三种可能来源。”说。
具体来说，一是锂离子从溶剂化结构中脱附，二是正极/电解液界面的物理形貌和化学结构导致的锂离子在正极/电解液界面中的转移速率不同，三是 CFx 放电产物的结构不同。
该团队通过巧妙的实验设计，在两种溶液中分别将 Li/CFx 放电 10 小时，然后用 X 射线光电子能谱学，高分辨透射电镜和电子能量损失谱去分析样品。