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固態(tài)電池（SSBs）在寒冷氣候條件下的Li⁺傳輸動力學(xué)緩慢，嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。特別是，由于電解質(zhì)-電極界面在低溫下的兼容性較差，固態(tài)電池的動力不足。

圖1. 低溫下電解質(zhì)和界面的多級橋接工程

哈爾濱工業(yè)大學(xué)王家鈞等提出了一種電解質(zhì)和界面的多級橋接工程，以改善Li⁺傳輸動力學(xué)，從而使準(zhǔn)固體電池能夠在低溫（-40℃）下工作。研究顯示，引入的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）通過化學(xué)鍵橋接穩(wěn)定了界面，從而改善了低溫下的界面Li⁺傳輸。此外，季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）和MPS形成的均勻聚合網(wǎng)絡(luò)有助于改變電解質(zhì)中的離子傳輸，從而改善電解質(zhì)中和界面上的Li⁺傳輸。

圖2.?電解質(zhì)的低溫性能

因此，采用MPSGPE組裝的電池在低溫下表現(xiàn)出更小的界面阻抗、加速的離子傳輸和更高的放電容量。實(shí)驗(yàn)顯示，Li|MPS-GPE|LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)電池在-40°C時的庫侖效率高達(dá)99.98%，比能量為266Wh?kg^-1。這項(xiàng)工作的研究為極端條件下高能量密度鋰電池用新型固態(tài)聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)提供了更多可能性。

圖3.?低溫全電池性能

Multistage bridge engineering for electrolyte and interface enables quasi-solid batteries to operate at -40°C. Energy Storage Materials 2024. DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103179

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