水系電池具有成本、安全和環(huán)境優(yōu)勢(shì)，由此成為富有前景的大規(guī)模儲(chǔ)能選項(xiàng)。然而，這些電池在寒冷氣候下的應(yīng)用受限，因?yàn)樗鼈冊(cè)诹愣纫韵聹囟瓤赡艹霈F(xiàn)性能問(wèn)題，如電解質(zhì)凍結(jié)，以及因離子傳輸減少而使系統(tǒng)速度放慢。傳統(tǒng)解決方案耗能大且效率低下，如外部加熱。因此，研究人員致力于探索新的策略，以提高水系電池的低溫性能，而不影響其效率或增加復(fù)雜性。據(jù)外媒報(bào)道，新南威爾士大學(xué)（University of New South Wales）和深圳理工大學(xué)的研究人員開發(fā)出可以在低于零度溫度下有效運(yùn)行的水系電池。

（圖片來(lái)源：能源材料與器件）

這項(xiàng)研究揭示了光熱集電器和懸浮電極（suspension electrode）如何使電池自行產(chǎn)生熱量，并在寒冷氣候下保持穩(wěn)定性能的秘密。該系統(tǒng)利用科琴炭黑（Ketjen black）基材料，將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱能，從而為極地和寒冷地區(qū)儲(chǔ)能提供可行的解決方案。相關(guān)論文發(fā)表在期刊《能源材料與器件（Energy Materials and Devices）》上。

該研究的創(chuàng)新核心在于在電池的集電器中集成光熱材料，從而使其能夠自發(fā)熱并在低溫下有效運(yùn)行。該科琴炭黑基集電器可以吸收寬光譜范圍陽(yáng)光（從200至2500 nm的效率為98%），從而快速產(chǎn)生熱量，僅在22分鐘內(nèi)即可使電池芯溫度從零下18℃提高到零上20℃。然后，這些熱量通過(guò)具有高導(dǎo)熱性的懸浮電極均勻分布。

為了提高穩(wěn)定性，該系統(tǒng)采用聚光器和控溫機(jī)制，在充放電循環(huán)中使電池芯能夠保持20℃的溫度，即使外部溫度在零下5℃和零上5℃之間浮動(dòng)。該技術(shù)可以有效解決水系電池在寒冷氣候下面臨的電化學(xué)限制問(wèn)題，從而為大規(guī)模儲(chǔ)能提供可行解決方案。

研究人員將整合深圳理工大學(xué)和新南威爾士大學(xué)的智力資源和技術(shù)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化。研究人員Dawei Wang表示：“我們致力于推動(dòng)凈零能耗技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在這個(gè)特定例子中，我們概述這一概念并制作了相關(guān)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電池設(shè)備的太陽(yáng)能加熱。我們希望該解決方案的轉(zhuǎn)化能夠滿足對(duì)寬溫度范圍電池的新興行業(yè)需求?！?/p>

這一電池技術(shù)進(jìn)展有望擴(kuò)大水系電池在電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能中的應(yīng)用，尤其是在寒冷地區(qū)。通過(guò)增強(qiáng)低溫性能，這些電池可以在極地地區(qū)進(jìn)行部署，從而為鋰離子系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)高效且可持續(xù)的替代方案。而采用光熱技術(shù)為實(shí)現(xiàn)電池自熱機(jī)制的進(jìn)一步創(chuàng)新打開了大門，有望提高一系列應(yīng)用的能源效率，如可再生能源存儲(chǔ)，以及在寒冷氣候下運(yùn)行的電動(dòng)汽車等。