中国科学家突破锂离子电容器低温运行纪录

在极地科考和深空探测等极端环境中，锂离子电池等储能设备的低温性能一直面临严峻挑战。传统锂离子电池在-20°C以下环境中，常出现电解液粘度增大、离子电导率下降、界面电荷传输阻抗剧增等问题，导致电池性能快速衰减甚至失效。

中国科学院电工研究所的马衍伟团队近日成功研制出可在-100°C极低温环境下工作的锂离子电容器，刷新了该类器件的低温运行纪录。这一突破性成果于3月18日发表在《德国应用化学》上。

突破性研究：新型低温电解液设计

研究团队从电解液溶剂的分子结构设计与偶极弱相互作用调控入手，提出了一种新型低温电解液设计策略。通过在溶剂分子中引入具有强吸电子效应的氟代基团（-CF3），打破了传统电解液中刚性溶剂化壳层，构建出独特的溶剂—阴离子共配位弱聚集结构（AGG-w）低温电解液。

这种弱聚集电解液在低温下不仅保持了高离子电导率、低黏度与宽液程等优异的体相性能，同时实现了低阻抗、快速传递的稳定界面动力学特性。基于该新型低温电解液制备的1100 F锂离子电容器，成功实现了在-100°C极低温环境下的稳定放电。

这项研究不仅突破了锂离子电容器在极寒环境下的应用瓶颈，也为面向极端环境的高性能电化学体系开发奠定了理论基础。专家指出，这一成果对我国深空探测与极地战略实施具有重要意义。

“在极端低温环境下实现稳定的电化学性能，是储能技术的一大挑战。此次研究为未来的技术应用提供了新的思路。”

该研究由中国科学院长春应用化学研究所、清华大学深圳国际研究生院共同完成。研究团队的创新方法为未来的极端环境储能设备开发提供了新的方向。

随着全球气候变化和人类探索极端环境的需求增加，能够在极低温环境中稳定运行的储能设备将变得愈加重要。此次研究的成功不仅为锂离子电容器的应用开辟了新的领域，也为其他储能技术的低温应用提供了参考。

未来，研究团队计划进一步优化电解液的组成和结构，以提高其在更广泛温度范围内的性能稳定性。此举将有助于推动相关技术的实际应用，并可能在极地科考、深空探测等领域发挥关键作用。