科学家提出全气候电池设计框架

科技日报记者 刘霞

锂离子电池虽是目前最主流的储能设备，却存在明显短板：低温环境下难以全功率运行，高温时可能发生爆炸。为攻克这一难题，美国宾夕法尼亚州立大学科学家日前在《焦耳》杂志上发表论文，提出一项创新的全气候电池设计框架，有望让锂离子电池在宽温域范围实现高效、稳定的电力存储。

目前锂离子电池的工作温度范围介于-30℃—45℃之间。随着电动汽车、数据中心等高温大型系统的普及，电池的稳定性面临严峻挑战。尽管现有系统常依赖外部加热或冷却装置来维持运行，但这些设备不仅笨重耗电，还需频繁维护，效率低下。即便采取温控措施，锂离子电池在低温下仍会性能衰减，高温下则容量与稳定性双双下降，极大限制了其在太空等极端环境中的应用。

为此，团队提出在全气候电池内部集成加热元件，使其既能在高温环境安全稳定工作，也可借助自发热机制应对严寒环境。在新设计中，电池内部加热结构采用厚度仅约10微米的镍箔，完全由电池自身供电，不仅赋予系统自我调节温度的能力，还几乎不增加电池的重量或体积。

这一设计实现了多重突破：电池可靠运行的温度范围扩展至-50℃—75℃，适用于传统锂离子电池难以胜任的场景。通过将热管理功能内置，不仅显著节省了电池系统的占用空间，也摆脱了对外部温控设备的依赖，大幅简化了系统结构。