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鋰/氟化碳（Li/CF_x）在不需要充電的高能量密度初級儲能系統中很有前景。盡管Li/CF_x在環境條件下表現出高能量密度（>2100 Wh kg^-1），但在零下溫度下實現如此高的能量密度仍然是一個挑戰，特別是在高電流密度下。

加州大學圣地亞哥分校孟穎、陳政、Weikang Li等報道了一種基于低熔點二甲醚（Me₂O）和碳酸丙烯酯(PC)的具有陰離子對溶劑化結構的液化氣體電解液(LGE)，其具有低熔點（-141℃）和低粘度（0.12 mPa×S，20℃），促使了-70至60℃之間的高離子傳導率（>3.5 mS cm^-1）。

圖1. 配制電解液和參考電解液的拉曼光譜和模擬結果

具體而言，這里配置了1 M LiBF₄-Me2O-PC電解液以改善Li/CF_x原電池隨溫度和倍率變化的性能。優化后的電解液在-70至60℃的寬溫度范圍內表現出>3.5 mS cm-1的離子傳導性。

拉曼、MD和DFT模擬表明，所配制的電解液具有陰離子配對溶劑化的特點，其中主要的Me₂O分子與Li⁺的親和力較弱，通過影響脫溶溶劑化過程而保持快速的傳輸，從而促進了倍率能力和低溫運行。

圖2. CF_x在不同電解液中的電化學性能

因此，電解液的快速傳輸和陰離子配對溶劑化結構帶來了低溫下電荷傳輸阻力的降低，這導致了Li/CF_x電池性能的顯著增強（1690 Wh kg^-1, -60 ℃; 1172 Wh kg^-1, -70 ℃，基于活性材料）。

即使利用50 mg cm^-2的負載電極，Li/CF_x在-60℃時仍然顯示出1530 Wh kg^-1?？傮w而言，這項工作提供了對電解液設計的見解，可能會克服電池在極端環境中的運行限制。

圖3. 不同狀態下CF_x的全局和局部XPS分析

Ultra-Low Temperature Li/CFx Batteries Enabled by Fast-transport and Anion-pairing Liquefied Gas Electrolytes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202207932

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