新型“全气候电池”可使电动车在极寒酷热环境中稳定运行

当前电池技术在低温环境下会电力衰减，高温时则面临稳定性问题。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员提出了一种新型锂离子电池设计方案，有望解决标准锂电池在极端温度下长期存在的性能与稳定性问题。这种被称为“全气候电池”（ACB）的设计，旨在修正标准锂电池的核心缺陷 —— 原有设计仅针对25℃左右或略高的环境进行优化。

这正是当前电池技术难以满足电动汽车、数据中心及极端环境应用需求的原因：低温时电力衰减，高温时又面临热失控风险。

“如今电池已被集成到电动汽车、数据中心和大型高负荷系统中，这种对稳定温度的苛刻要求已成为制造商的棘手难题。”该项目首席研究员、机械工程与化学工程教授王朝阳指出。他强调，解决锂电池的这一根本设计缺陷对推进大功率系统发展至关重要。

目前采用的解决方案（笨重且耗能的外置加热冷却系统）效率低下，仅能支持-30℃至45℃的有限工作范围。

双策略设计突破瓶颈

研究团队通过创新的双策略设计，突破了低温运行与高温稳定性不可兼得的困局。他们计划通过两种技术路径改造电池内部结构：

首先调整电极和电解液以提升耐高温性能，特别是替换传统锂电池中使用的挥发性液态电解质，重点实现高温环境下的稳定性与安全性。

其次在电池内部增加由镍箔（厚度约10微米）构成的加热膜。该加热器由电池自身供电，可在低温环境下快速升温以提升性能，从而无需为兼顾低温运行而牺牲材料稳定性。

王朝阳解释道，将热管理功能内置可节省空间、降低能耗、减少维护需求。对于使用数千块电池的大型设施（如数据中心），这将实现显著的成本节约。

超宽温域应用前景

全气候电池预计可在-50℃至75℃的超宽温域内稳定工作，使得锂电池可应用于沙漠设备、极地设备等此前被认为不可行的场景。

王朝阳教授表示，通过持续研发测试，全气候电池有望在70℃至85℃高温环境下实现可靠运行。这一进步将有力支撑数据中心、电动汽车等高能耗系统的发展规模。

“社会对电力依赖的程度持续加深，且毫无减缓迹象。”王朝阳总结道，“随着人工智能、数据中心、高端无人机、电动汽车等高能耗技术的不断发展，我们必须持续革新为其供能的电池技术。”

该项研究已于11月5日发表于《焦耳》期刊。

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