弱聚集耐冻电解液实现技术突破 锂离子储能器件攻克极低温应用难题

电子发烧友网综合报道
极端低温环境一直是电化学储能技术应用的重要限制因素，在极地科考、深空探测、高原作业等特殊场景中，传统锂离子储能器件在-20℃以下便出现容量大幅衰减、功率骤降甚至无法工作的问题，其核心原因在于电解液在低温下粘度急剧上升、离子传导效率显著降低，电极与电解液界面的电荷转移过程严重受阻，锂离子在正负极之间的传输与脱嵌动力学大幅恶化，难以满足极端环境下的稳定运行要求。
 
开发具备优异耐低温性能的电解液体系，提升储能器件在超低温条件下的工作能力与循环稳定性，已成为储能领域亟需解决的关键技术课题。中国科学院电工研究所研究团队近期提出弱聚集结构电解液设计新策略，通过对电解液微观弱相互作用的精准协同调控，成功突破锂离子电容器极低温运行瓶颈，为极端环境储能技术发展提供了全新解决方案。
 
该研究聚焦电解液微观结构优化，围绕锂离子溶剂化结构中的三类弱相互作用开展系统调控，弱化溶剂分子与锂离子之间的强配位结合，构建出弱聚集态的电解液体相结构，使材料在低温下同时保持良好的流动性与高效的界面电荷传输能力，从机理层面解决了低温电解液离子传导慢、界面阻抗大的行业共性难题。依托该新型耐冻电解液，研究团队制备出容量为1100F的大容量锂离子电容器，并开展了系统的低温性能测试。
 
测试结果显示，该器件在-40℃低温环境下连续运行7个月，容量保持率仍高达97.9%，表现出优异的低温循环稳定性与容量保持特性；在-100℃的极端低温条件下，器件可实现有效放电，大幅突破现有锂离子电容器低温工作温度下限，为超低温储能器件的实际应用奠定了技术基础。
 
与传统低温电解液技术路线相比，本次研发的弱聚集电解液以弱相互作用工程为核心思路，不依赖复杂的溶剂改性或添加剂体系，通过微观结构精准设计实现低温性能的本质提升，具备良好的通用性与拓展潜力。该技术不仅适用于锂离子电容器体系，还可延伸应用于锂离子电池、超级电容器等多种电化学储能器件，为宽温域、耐极端环境电解液的开发提供了可复制的设计方法。
 
在性能表现上，新型电解液能够在宽温度区间内维持稳定的离子电导率与界面特性，有效降低低温对储能器件的性能影响，兼顾长循环寿命与高功率输出能力，满足极端环境下储能装备对可靠性、耐久性与高效性的多重需求。
 
此次耐冻电解液技术突破，对我国极端环境能源装备发展具有重要支撑价值。在极地科考领域，可保障科考设备、监测仪器与供电系统在极寒条件下长期稳定工作，提升极地探索任务的连续性与安全性；在深空探测与航空航天场景，能够满足航天器、探测器在太空低温环境中的储能需求，提升系统可靠性与工作寿命；在高原、高寒地区，可用于电网储能、通信基站备用电源、户外应急装备等设施，实现全天候稳定运行，增强高寒区域能源供应与基础设施保障能力。
 
从行业发展来看，该成果推动我国在超低温电化学储能技术领域达到国际先进水平，弱相互作用调控策略为电解液技术创新提供了新方向，有助于加速极端环境储能材料与器件的产业化进程。