雖然電池可以在相對(duì)寒冷的氣候下使用，但它們也有很大的局限性。當(dāng)溫度達(dá)到-20℃時(shí)，大多數(shù)電池性能僅能達(dá)到其最佳水平的50％，而在溫度為-40℃時(shí)，鋰離子電池的性能僅能達(dá)到其室溫容量的12％左右。對(duì)于極低溫度環(huán)境下（例如溫度可能下降到-157℃的外太空，或者溫度低于-50℃的加拿大和俄羅斯部分地區(qū)）的電池，電池的使用將受到大大的影響。

不過(guò)我們科研小組發(fā)現(xiàn)了一種新技術(shù)，即使在其他電池可能失效的情況下，我們利用新技術(shù)設(shè)計(jì)的電池仍能正常工作?！氨娝苤娊赓|(zhì)（電極之間攜帶離子的化學(xué)介質(zhì)）和電極（帶正電的陰極和帶負(fù)電的陽(yáng)極）對(duì)電池性能有很大的影響，”中國(guó)上海復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系電池組的科研人員Yong-yaoXia博士說(shuō)。

當(dāng)溫度降低很大時(shí)，鋰離子電池經(jīng)常使用的基于酯類(lèi)物質(zhì)的常規(guī)電解質(zhì)會(huì)變成緩慢的導(dǎo)體，并且在電解質(zhì)和電極的界面處發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)難以繼續(xù)，這意味著鋰離子電池不能夠在極端寒冷的氣候中保持住其良好的電池性能。這個(gè)難題也一直困擾著研究人員們。

該團(tuán)隊(duì)嘗試使用基于酯（乙酸乙酯）的電解質(zhì)，該電解質(zhì)具有較低的凝固點(diǎn)，即使在極低的溫度下也能夠進(jìn)行充電。對(duì)于電極，他們使用兩種有機(jī)化合物-聚三苯胺（PTPAn）陰極和1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTCDA）衍生的聚酰亞胺（PNTCDA）陽(yáng)極。與鋰離子電池中使用的電極不同，這些有機(jī)化合物電極不依賴(lài)于嵌入反應(yīng)（嵌入是指將離子連續(xù)注入到分子基質(zhì)中的過(guò)程，分子基質(zhì)則隨著溫度下降而速度減慢）。

Yong-yaoXia說(shuō)：“受益于乙酸乙酯電解質(zhì)和有機(jī)聚合物電極，我們科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的可再充鋰離子電池可在-70℃的超低溫下正常工作。

Yong-yaoXia和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，與其他嘗試在極端溫度下提升鋰離子電池功能的解決方案相比，這可能是一個(gè)更優(yōu)雅的解決方案。其他電池研究人員試圖通過(guò)開(kāi)發(fā)添加劑來(lái)外部加熱電池或使用液化氣體電解質(zhì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但是這些解決方案需要額外的材料，從而會(huì)額外增加重量。

Yong-yaoXia認(rèn)為電池的組成也有許多優(yōu)點(diǎn)。“與傳統(tǒng)鋰離子電池中含有過(guò)渡金屬的電極材料相比，其有機(jī)材料資源豐富，價(jià)格低廉，環(huán)境友好，”他說(shuō)。他估計(jì)他們?cè)O(shè)計(jì)的電池，其電極材料的價(jià)格約為其他鋰離子電池電極價(jià)格的三分之一。

但是，在正式投入生產(chǎn)之前，該電池仍需要進(jìn)行一些優(yōu)化。Xia認(rèn)為，與商用鋰離子電池相比，該電池的比能量（單位質(zhì)量所具有的能量）仍然較低，裝配工藝需要進(jìn)一步優(yōu)化。“盡管比能量低，但在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，它展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。