為了探索更有前途的锂電池，科學家們将注意力轉向了基于純锂的金屬陽極方案，而不是目前廣泛使用的混合材料。同時，為了克服其低溫性能差的缺點，該領域的科學家一直在絞盡腦汁，取得了一些突破。
據報道，加州大學聖地亞哥分校(UCSD)的研究小組正在努力開發一種可以在非常低的溫度下充電和放電的電池，這種電池通常需要額外的加熱系統。然而，這一次，他們把注意力集中在電解質上，這使得锂金屬電池在寒冷條件下釋放出前所未有的性能。
衆所周知，與目前使用的石墨/銅混合陽極相比，純锂金屬陽極具有優異的能量密度，因此被認為是一種很有前途的技術。面對如此巨大的差異，一些電池研究人員甚至将锂金屬描述為“夢幻材料”，并将其視為打破能量密度瓶頸的關鍵。
作為一種在循環過程中在電池兩極之間來回攜帶锂離子的溶液，電解液在電池中的重要性不言而喻。UCSD研究小組的目标是開發一種不會結冰的電解質，使锂離子在寒冷的環境中運動。
具體來說，研究人員使用兩種類型的電解質進行實驗，一種可以與離子牢固結合，另一種弱得多，以驗證哪種更适合低溫條件。
發現電解質結合牢固的實驗電池在-60℃(-76℉)下僅持續兩個循環，然後停止工作。
相反，弱結合電解質的電池在50次循環後仍能平穩運行，保持76%的容量。如果把工作溫度改成-40°C(-40°F)，這個方案甚至可以保持84%的産能。
該研究的第一作者JohnHoloubek說，“我們發現锂離子和電解質的結合以及電解質中離子占據的結構與它們在低溫下的性能有很大關系。”
值得一提的是，對這類概念驗證電池的進一步研究還表明，弱結合電解質可以使離子更均勻地沉積在電池陽極上，而強結合電解質會導緻大量針狀沉積(枝晶)。
這是科學家研究锂金屬電池的另一個焦點，因為它們會很快導緻電池短路、失效等嚴重故障。
研究人員說，“通過在原子水平上理解锂離子和電解質之間的相互作用，不僅可以提高锂電池的低溫性能，還有助于防止枝晶的形成。”
基于這些發現，研究小組建立了具有硫基陰極和弱結合電解質的锂金屬電池的原型。據說這種設備将在外層空間探索和深海探索中發揮重要作用。
“這項工作的意義實際上是雙重的，”研究人員說，從科學的角度來看，它提出了一種與傳統觀點相反的觀點。
從技術上來說，這是第一個可以在超低溫下充電的锂金屬電池，在-60℃全運行條件下也能提供可觀的能量密度。這兩個方面為超低溫電池提供了完整的解決方案。
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