科学家们本周公布了两项电池突破性设计，有望通过解决极端温度性能和恶劣条件下的耐久性这两个关键挑战，彻底改变能源存储领域。宾夕法尼亚州立大学和墨西哥的研究人员在电池技术方面取得了显著进展，这些创新将为未来能源存储带来深远影响。
宾夕法尼亚州立大学开发全气候电池，适应极端环境
宾夕法尼亚州立大学的研究人员于11月5日在《焦耳》(Joule) 期刊上发表了研究成果，详细介绍了一种全气候电池（ACB）。这种电池能够在-50°C至75°C的宽广温度范围内保持稳定性能，极大地拓宽了当前锂离子电池的操作范围。领导这项研究的王朝阳教授指出，这项创新解决了最初为室温使用而优化的电池存在的根本设计缺陷。
王教授解释道：“如今，随着这些电池被集成到电动汽车、数据中心和大型系统中，它们在运行过程中可能会变得非常热。因此，这种稳定的操作温度对于制造商来说，在实际应用中已经变得难以应对。”
宾夕法尼亚州立大学团队采用了双重策略：一方面优化电池材料以实现高温稳定性，另一方面引入了一层厚度仅为10微米的超薄镍箔加热元件，从而确保了电池在寒冷环境下的正常运行。这种设计消除了对笨重外部热管理系统的需求，而传统系统通常将电池的操作范围限制在-30°C至45°C之间。
ACB设计有望使电池部署到以前不可能实现的应用中，例如卫星和沙漠太阳能装置，同时还能降低大型系统的成本和维护要求。
墨西哥团队创造“坚不可摧”的锌空气电池
与此同时，墨西哥先进材料研究中心的诺埃·阿霍纳（Noé Arjona）及其团队开发出一种锌空气电池，即便在被刺穿、燃烧和浸入水中后仍能继续工作——这些情况通常会导致锂离子电池爆炸。
通过使用萨斯喀彻温大学的加拿大光源同步加速器，该团队证实他们的电池采用了单原子镍而非块状金属，并结合了凝胶聚合物电解质和锌。这种设计消除了与易燃电解质相关的安全风险，同时在极端温度下仍能保持良好性能。
阿霍纳表示，该团队未采用锂离子电池，正是考虑到电解质易燃性带来的诸多安全隐患。此外，锌空气技术还承诺更低的成本，因为它使用了比锂和钴更丰富的材料。
未来能源存储的深远影响
这两项突破性进展的出现正值全球电池需求预计到2030年将达到2,800 GWh之际，其中电动汽车的复合年增长率为11%，储能系统的复合年增长率更是高达27%。这些创新解决了电池广泛应用的关键障碍，尤其对于那些要求极高可靠性和温度耐受性的应用而言。
王教授强调，随着社会对电力的依赖日益增长，特别是人工智能数据中心和先进交通系统不断扩展，先进电池技术的重要性也日益凸显。目前，这两个研究团队正致力于将其各自技术推向商业化部署。
