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鋰離子電池雖是目前最主流的儲能設(shè)備，卻存在明顯短板：低溫環(huán)境下難以全功率運(yùn)行，高溫時可能發(fā)生爆炸。為攻克這一難題，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)科學(xué)家日前在《焦耳》雜志上發(fā)表論文，提出一項(xiàng)創(chuàng)新的全氣候電池設(shè)計(jì)框架，有望讓鋰離子電池在寬溫域范圍實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電力存儲。
目前鋰離子電池的工作溫度范圍介于-30℃—45℃之間。隨著電動汽車、數(shù)據(jù)中心等高溫大型系統(tǒng)的普及，電池的穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。盡管現(xiàn)有系統(tǒng)常依賴外部加熱或冷卻裝置來維持運(yùn)行，但這些設(shè)備不僅笨重耗電，還需頻繁維護(hù)，效率低下。即便采取溫控措施，鋰離子電池在低溫下仍會性能衰減，高溫下則容量與穩(wěn)定性雙雙下降，極大限制了其在太空等極端環(huán)境中的應(yīng)用。
為此，團(tuán)隊(duì)提出在全氣候電池內(nèi)部集成加熱元件，使其既能在高溫環(huán)境安全穩(wěn)定工作，也可借助自發(fā)熱機(jī)制應(yīng)對嚴(yán)寒環(huán)境。在新設(shè)計(jì)中，電池內(nèi)部加熱結(jié)構(gòu)采用厚度僅約10微米的鎳箔，完全由電池自身供電，不僅賦予系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)溫度的能力，還幾乎不增加電池的重量或體積。
這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多重突破：電池可靠運(yùn)行的溫度范圍擴(kuò)展至-50℃—75℃，適用于傳統(tǒng)鋰離子電池難以勝任的場景。通過將熱管理功能內(nèi)置，不僅顯著節(jié)省了電池系統(tǒng)的占用空間，也擺脫了對外部溫控設(shè)備的依賴，大幅簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
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