従来のリチウムイオン電池は、-20°C 未満の環境では、電解液の粘度の増加、イオン伝導率の低下、界面の電荷移動インピーダンスの急激な増加などの問題が発生しやすく、その結果、電池の性能が急速に低下したり、場合によっては故障したりすることがあります。したがって、極低温条件下で効率的なバルクイオン輸送と安定した界面ダイナミクスを同時に実現することが、低温エネルギー貯蔵デバイスの分野で克服されるべき中心的な問題となっている。
最近、中国科学院電気工学研究所の馬燕偉氏のチームは、-100℃の極低温環境でも動作するリチウムイオンキャパシタの開発に成功し、この種のデバイスの低温動作記録を破った。関連する結果は「German Applied Chemistry」に掲載されました。
研究チームは、電解質溶媒の分子構造設計と弱い双極子相互作用の制御から出発し、新たな低温電解質設計戦略を提案した。
溶媒分子に強い電子吸引効果を持つフッ素基（-CF3）を導入することで、従来の電解質の強固な溶媒和殻を破壊し、独自の溶媒-アニオン共配位弱凝集構造（AGG-w）低温電解質を構築します。
この弱く凝集した電解質は、低温での高いイオン伝導率、低い粘度、広い液体範囲などの優れたバルク特性を維持するだけでなく、低インピーダンスおよび迅速な移動という安定した界面力学特性も実現します。
この新しい低温電解液をベースに作製した1100Fリチウムイオンキャパシタは、-100℃の極低温環境下でも安定した放電を実現しました。
この研究は、極寒環境におけるリチウムイオンキャパシタのアプリケーションのボトルネックを突破するだけでなく、極度の環境向けの高性能電気化学システムの開発のための理論的基礎を築きます。これは、我が国の深宇宙探査と極地戦略の実施にとって非常に重要です。
