极低温锂离子电容器研究获进展

2026-03-27 14:20    来源:中国科学院电工研究所

  在极地科考、深空探测等极端环境下,锂离子电池等储能设备的耐低温性能面临严峻挑战。传统锂离子电池在-20℃以下环境中,易出现电解液粘度增大、离子电导率下降、界面电荷传输阻抗剧增等问题,致使电池性能快速衰减甚至失效。因此,在极低温条件下同步实现体相离子高效传输与稳定界面动力学,已成为低温储能器件领域亟待攻克的核心难题。

  近日,电工研究所马衍伟团队成功研制出可在-100℃极低温环境下工作的锂离子电容器,刷新了该类器件低温运行的纪录。

  研究团队从电解液溶剂的分子结构设计与偶极弱相互作用调控入手,提出了新型低温电解液设计策略。通过在溶剂分子中引入具有强吸电子效应的氟代基团(-CF3),打破传统电解液中刚性的溶剂化壳层,构建出独特的溶剂-阴离子共配位弱聚集结构(AGG-w)低温电解液。该弱聚集电解液在低温下不仅保持了高离子电导率、低黏度与宽液程等优异体相性能,同时实现了低阻抗、快速传递的稳定界面动力学特性。基于该新型低温电解液制备的1100 F锂离子电容器,成功实现-100℃极低温环境下的稳定放电。

  该研究不仅突破了锂离子电容器在极寒环境下的应用瓶颈,也为面向极端环境的高性能电化学体系开发奠定了理论基础,对我国深空探测与极地战略实施具有重要意义。

  该研究工作联合中国科学院长春应用化学研究所、清华大学深圳国际研究生院共同完成,相关成果发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。研究工作得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金的支持。






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