我国极低温锂离子电容器研究获重大突破

极地科考的监测设备、深空探测的航天器，都离不开储能器件的稳定支撑，而极低温环境一直是储能设备的 “性能禁区”。近日，中国科学院电工研究所马衍伟团队联合多方科研力量，在这一领域取得关键突破，成功研制出可在 - 100℃极低温环境下稳定工作的锂离子电容器，刷新了该类器件的低温运行纪录，为极端环境下的储能需求提供了全新解决方案，相关成果发表于《德国应用化学》国际期刊。

在 - 20℃以下的低温环境中，传统锂离子电池的短板暴露无遗：电解液粘度会大幅增大，离子电导率随之下降，界面电荷传输的阻抗更是急剧攀升，最终导致电池性能快速衰减，甚至直接失效。这一问题成为极地科考、深空探测等领域储能技术发展的重要掣肘，如何让储能器件在极低温下既实现体相离子的高效传输，又保持界面动力学的稳定，成为低温储能器件领域亟待破解的核心难题。

面对这一技术卡点，研究团队没有急于从器件结构入手改造，而是将目光聚焦在储能器件的 “血液”—— 电解液上，从分子层面寻找突破路径。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出发，提出了全新的低温电解液设计策略，通过在溶剂分子中引入强吸电子效应的氟代基团 (-CF3)，打破了传统电解液中刚性的溶剂化壳层结构，成功构建出溶剂 - 阴离子共配位弱聚集结构 (AGG-w) 低温电解液。

这款新型电解液的优势十分显著，即便在 - 100℃的极低温下，仍能保持高离子电导率、低黏度与宽液程的优异体相性能，同时实现了低阻抗、电荷快速传递的稳定界面动力学特性，从材料根源上解决了极低温储能的核心问题。基于该电解液制备的 1100 F 锂离子电容器，顺利完成了 - 100℃极低温环境下的稳定放电测试，让极寒环境下的高效储能从理论变为现实。

此次研究由中科院电工所联合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，研究工作获得国家自然科学基金、北京市自然科学基金的支持。这一突破不仅打破了锂离子电容器在极寒环境中的应用瓶颈，更从理论和技术层面为极端环境高性能电化学体系的开发奠定了基础，让我国在低温储能器件核心技术研发领域跻身国际前列。

对于我国而言，这一成果的意义远超技术本身：它为极地科考站的各类监测仪器、深空探测航天器的储能系统提供了小型化、高可靠性的全新选择，不再需要依赖笨重的低温保温装置来维持储能设备运行，将有力推动我国极端环境仪器装备的轻量化、自主化发展，为深空探测、极地开发等国家战略的实施提供坚实的技术支撑。同时，这一电解液设计思路也为其他低温电化学储能器件的研发提供了重要参考，将带动整个低温储能材料与器件领域的技术升级。