科學家提出全氣候電池設計框架

科技日報記者 劉霞

鋰離子電池雖是目前最主流的儲能設備，卻存在明顯短板：低温環境下難以全功率運行，高温時可能發生爆炸。為攻克這一難題，美國賓夕法尼亞州立大學科學家日前在《焦耳》雜誌上發表論文，提出一項創新的全氣候電池設計框架，有望讓鋰離子電池在寬温域範圍實現高效、穩定的電力存儲。

目前鋰離子電池的工作温度範圍介於-30℃—45℃之間。隨着電動汽車、數據中心等高温大型系統的普及，電池的穩定性面臨嚴峻挑戰。儘管現有系統常依賴外部加熱或冷卻裝置來維持運行，但這些設備不僅笨重耗電，還需頻繁維護，效率低下。即便採取温控措施，鋰離子電池在低温下仍會性能衰減，高温下則容量與穩定性雙雙下降，極大限制了其在太空等極端環境中的應用。

為此，團隊提出在全氣候電池內部集成加熱元件，使其既能在高温環境安全穩定工作，也可藉助自發熱機制應對嚴寒環境。在新設計中，電池內部加熱結構採用厚度僅約10微米的鎳箔，完全由電池自身供電，不僅賦予系統自我調節温度的能力，還幾乎不增加電池的重量或體積。

這一設計實現了多重突破：電池可靠運行的温度範圍擴展至-50℃—75℃，適用於傳統鋰離子電池難以勝任的場景。通過將熱管理功能內置，不僅顯著節省了電池系統的佔用空間，也擺脱了對外部温控設備的依賴，大幅簡化了系統結構。