Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sind anfällig für Probleme wie eine erhöhte Elektrolytviskosität, eine verringerte Ionenleitfähigkeit und einen starken Anstieg der Grenzflächen-Ladungsübertragungsimpedanz in Umgebungen unter -20 °C, was zu einer schnellen Verschlechterung der Batterieleistung oder sogar zum Ausfall führt. Daher ist die gleichzeitige Realisierung eines effizienten Massenionentransports und einer stabilen Grenzflächendynamik unter extrem niedrigen Temperaturbedingungen zu einem Kernproblem geworden, das auf dem Gebiet der Niedertemperatur-Energiespeichergeräte gelöst werden muss.
Kürzlich hat das Team von Ma Yanwei vom Institut für Elektrotechnik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erfolgreich einen Lithium-Ionen-Kondensator entwickelt, der in einer Umgebung mit extrem niedrigen Temperaturen von -100 °C betrieben werden kann, und damit den Betriebsrekord dieses Gerätetyps bei niedrigen Temperaturen gebrochen. Die entsprechenden Ergebnisse wurden in „German Applied Chemistry“ veröffentlicht.
Ausgehend vom molekularen Strukturdesign des Elektrolytlösungsmittels und der Regulierung schwacher Dipolwechselwirkungen schlug das Forschungsteam eine neue Strategie für das Design von Niedertemperaturelektrolyten vor.
Durch die Einführung einer fluorierten Gruppe (-CF3) mit starker elektronenziehender Wirkung in die Lösungsmittelmoleküle wird die starre Solvathülle im herkömmlichen Elektrolyten aufgebrochen und ein einzigartiger Niedertemperaturelektrolyt mit schwacher Aggregationsstruktur (AGG-w) mit Lösungsmittel-Anion-Kokoordination aufgebaut.
Dieser schwach aggregierte Elektrolyt behält nicht nur hervorragende Masseneigenschaften wie hohe Ionenleitfähigkeit, niedrige Viskosität und einen breiten Flüssigkeitsbereich bei niedrigen Temperaturen bei, sondern erreicht auch stabile Grenzflächendynamikeigenschaften mit niedriger Impedanz und schnellem Transfer.
Der auf Basis dieses neuen Niedertemperaturelektrolyten hergestellte 1100-F-Lithium-Ionen-Kondensator hat in einer Umgebung mit extrem niedrigen Temperaturen von -100 °C erfolgreich eine stabile Entladung erreicht.
Diese Forschung überwindet nicht nur den Anwendungsengpass von Lithium-Ionen-Kondensatoren in extrem kalten Umgebungen, sondern legt auch eine theoretische Grundlage für die Entwicklung leistungsstarker elektrochemischer Systeme für extreme Umgebungen.Es ist von großer Bedeutung für die Umsetzung der Weltraumforschungs- und Polarstrategie meines Landes.
