當(dāng)溫度降至零度以下時(shí)，手機(jī)需要頻繁充電，電動(dòng)汽車的行駛里程也會(huì)縮短。這是因?yàn)樗麄兊匿囯x子電池的陽(yáng)極變得遲鈍，保持較少的電量并迅速耗盡能量。
為了改善極端寒冷條件下的電氣性能，研究人員在acs中央科學(xué)雜志上報(bào)告，用一種凹凸不平的碳基材料取代了鋰離子電池中的傳統(tǒng)石墨陽(yáng)極，這種材料在零下31°f(-35°c)時(shí)仍能保持其可充電的存儲(chǔ)能力。
鋰離子電池是一種可充電電池，鋰離子在放電時(shí)從負(fù)極通過(guò)電解質(zhì)移動(dòng)到正極，充電時(shí)再返回。鋰離子電池非常適合為可充電的電子產(chǎn)品供電，因?yàn)樗鼈兛梢詢?chǔ)存大量的能量，并且有很長(zhǎng)的壽命。但是當(dāng)溫度降到冰點(diǎn)以下時(shí)，這些能源的電氣性能就會(huì)下降，當(dāng)條件足夠冷時(shí)，它們可能無(wú)法轉(zhuǎn)移任何電荷。
這就是為什么一些生活在美國(guó)中西部的人在寒冬里對(duì)他們的電動(dòng)汽車感到麻煩，以及為什么在太空探索中使用這些電池是有風(fēng)險(xiǎn)的。最近，科學(xué)家們確定，陽(yáng)極中石墨的平坦方向是造成鋰離子電池在寒冷中儲(chǔ)能能力下降的原因。因此，研究人員修改一種碳基材料的表面結(jié)構(gòu)，以改善陽(yáng)極的電荷傳輸過(guò)程。
為了創(chuàng)造這種新材料，研究人員在高溫下加熱了一種含鈷的沸石咪唑框架(被稱為zif-67)。由此產(chǎn)生的12邊碳納米球具有凹凸不平的表面，表現(xiàn)出了出色的電荷傳輸能力。然后，研究小組測(cè)試了這種材料作為陽(yáng)極的電性能，鋰金屬作為陰極，在一個(gè)硬幣狀的電池內(nèi)。該陽(yáng)極在77°f至-4°f(25°c至-20°c)的溫度下表現(xiàn)出穩(wěn)定的充電和放電，并在冰點(diǎn)以下保持85.9%的室溫儲(chǔ)能能力。
相比之下，用其他碳基陽(yáng)極(包括石墨和碳納米管)制造的鋰離子電池，在冰點(diǎn)溫度下幾乎沒(méi)有電。當(dāng)研究人員將空氣溫度降至-31°f(-35°c)時(shí)，用凹凸不平的納米球制成的陽(yáng)極仍然可以充電，并且在放電過(guò)程中，幾乎100%地釋放了投入電池的電量。研究人員說(shuō)，將凹凸不平的納米球材料納入鋰離子電池可以為在極低溫度下使用這些能源開辟可能性。