-80℃稳定运行！大连化物所攻克极端低温储能难题

在极地科考、高寒监测、航天航空等极端环境中，仪器设备的稳定运行始终面临一个核心难题——储能器件的低温适配性。当环境温度降至-40℃以下，传统储能设备往往出现性能骤降、寿命衰减甚至完全失效的情况，成为制约极端环境装备升级的“卡脖子”瓶颈。近日，中国科学院大连化学物理研究所联合科研团队的一项突破性成果，为这一行业痛点提供了全新解决方案，成功研发出可在-80℃超低温环境下稳定运行的双电层电容器，重新定义了极端低温储能的技术边界，为仪器设备行业的极端环境应用开辟了新路径。

突破瓶颈：低温储能的行业困境与科研攻坚

随着电化学储能技术在仪器设备领域的渗透日益深入，高端仪器、特种装备、极端环境监测设备等对储能系统的要求不断提升，尤其是低温环境下的稳定性，已成为衡量储能器件核心竞争力的关键指标。

“在我国青藏高原、北方高寒地区，以及极地科考、高空探测等场景中，传统储能器件的短板十分突出。”业内专家表示，目前主流的锂离子电池在低温环境下，会出现离子传输速率下降、枝晶生长加速等问题，不仅容量大幅衰减，还可能引发安全隐患；而传统双电层电容器虽凭借离子物理吸附/脱附的储能机理，具备适配极端环境的先天优势，但受限于电解液凝固点高、离子电导率低，以及电极材料离子传输受限等技术难题，其低温应用一直停留在实验室阶段，未能实现产业化落地。

针对这一行业痛点，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）能源催化转化全国重点实验室二维材料化学与能源应用研究组（508组）吴忠帅研究员、周锋副研究员团队，联合中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士团队，开启了针对性的科研攻坚，经过长期试验与优化，最终实现了技术突破。

技术解密：协同设计破解超低温储能难题

此次大连化物所联合团队研发的超低温双电层电容器，核心突破在于创新的“强—弱配位溶剂化”电解液设计策略与富介孔碳电极材料设计策略的协同应用，从“电解液”和“电极”两大核心部件同时发力，彻底破解了低温适配难题。

在电解液设计上，团队摒弃了传统单一溶剂体系的局限，采用“强配位溶剂+弱配位稀释剂”的复合体系，实现了耐高压、高导电与超低凝固点的三者兼容。其中，乙腈作为强配位溶剂，能够有效削弱离子液体中阴阳离子间的相互作用，显著提升体系的离子电导率，确保低温环境下离子传输效率不受影响；而1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚作为弱配位稀释剂，凭借其超低凝固点与高电化学稳定性，成为电解液体系的“外部屏蔽层”，有效降低了整个体系的凝固点，为电容器在-80℃超低温下的稳定运行筑牢了基础。

电极材料的优化同样关键。团队针对性设计了富含介孔的活性炭电极，介孔结构能够为离子传输提供充足的通道，有效促进离子在低温下的快速迁移，减少因孔道传输受限导致的电容损失。“这种设计不仅提升了电容器的低温性能，还增强了其容量稳定性，尤其适配对储能可靠性要求极高的特种仪器、低温监测仪器等设备。”该研究第一作者、大连化物所508组博士研究生刘浩锋介绍。

性能实测：数据见证超低温储能实力

优异的技术设计，最终通过了严苛的性能测试验证。一系列实测数据显示，该双电层电容器的低温性能表现远超行业同类产品，具备极强的实际应用价值。

具体来看，在-80℃、4.5V电压条件下，该电容器的能量密度可达104.5 Wh·kg⁻¹，能够满足极端环境下仪器设备的储能需求；经过10000次循环充放电后，其容量保持率仍高达89.5%，展现出优异的循环稳定性，大幅延长了储能器件的使用寿命。更为关键的是，300F软包双电层电容器在25℃至-80℃的宽温度范围内可稳定运行，无需额外配备温控设备，这一优势大幅降低了极端环境下仪器储能系统的复杂度与运维成本，为其产业化应用奠定了基础。

此次超低温双电层电容器的研发成功，不仅填补了极端低温环境下储能仪器核心部件的技术空白，更对仪器设备行业的升级迭代具有重要推动作用，其应用场景已逐步清晰，涵盖特种仪器、工业仪器、高端储能仪器等多个领域。