关于溶质种类的设计，作者从H2O-solute体系的防冻热力学低温极限（共晶温度，Te）和动力学低温极限（玻璃化转变温度，Tg）角度出发，提出了设计极端低温防冻电解液一般性策略：通过引入具有高阳离子势的盐或者高溶剂给体数的共溶剂来构建多溶质体系来实现低共晶温度（即降低了防冻热力学低温极限）和强过冷能力（即满足了防冻动力学低温极限Tg应用于低温电池的前提条件）的电解液。所设计的电解液由于具有高阳离子势的盐（Al3+, Ca2+）或者高溶剂给体数的共溶剂（乙二醇，EG）实现了极低的Te (-53.5℃至-72.6℃）和Tg (-86.1℃至-117.1℃)。所设计的水系钠离子全电池NaFeMnHCF/H50EG50-2 m NaCF3SO3/NaTi2(PO4)3在室温下实现了80 Wh/kg能量密度，8C倍率循环5000周后容量保持率70%，且能在-60℃至25℃下正常工作并在-70℃下点亮LED灯。所设计的NaFeMnHCF/1 m NaClO4 + 4 m Ca(ClO4)2/PTCDI全电池在室温下实现了65.7 Wh/kg能量密度且能在-85℃至25℃之间正常工作。近日，该工作发表于Nature Energy上。
关于溶质浓度的设计，作者发现传统通过差示扫描量热法在给定H2O-solute体系中测试大量溶液浓度比例的冰点以选取目标防冻浓度的方式存在低效率低精度的缺点，于是提出了一个高效率高精度的设计策略：冷冻浓缩法。该方法只需要在给定H2O-solute体系中随意选取稀溶液，并执行一次冷冻浓缩实验就可以直接得到目标低温下不冻结的浓度。作者在H2O-LiCl体系中设计了-60℃下不冻结的浓度7.18 m LiCl，并在H2O-NaClO4-NaCF3COO体系中设计了-50℃下不冻结的浓度3.85 m NaClO4 + 5.92 m NaCF3COO。所设计的电池均实现了高比能长寿命宽温区：水系锂离子电池LiMn2O4//PTCDI（80 Wh/kg，1000周，-60 至25℃）；水系钠离子电池NaCoHCF//PTCDI（62 Wh/kg，1000周，-50 至25℃）。值得一提的是冷冻浓缩法还可以广泛适用于有机体系和多溶剂体系，作者设计了EC-DEC-LiPF6体系在-20℃下不冻结的浓度（EC/DEC/LiPF6摩尔比例：1/3.23/6.18），以及H2O-EG-NaClO4体系在-50℃下不冻结的浓度（H36EG64-0.5 m NaClO4）。近日，该工作发表于 Energy Environ. Sci.上。 【数据概览】图1 | 该图展示了H2O-solute体系中稀溶液从高温到低温下的物态变化以及传统策略（调控冰点Tf）和本文策略(调控Te和过冷能力) 的差别。其中Tf是指降温过程中稀溶液的水首次转变为冰的温度，Te是指降温过程中稀溶液的水首次转变为并冰和水合盐结晶水的温度，Tg是指降温过程中稀溶液的水首次转变为玻璃态的温度。图2 | 该图通过总结大量差示扫描量热数据，发现具有强阳离子势的H2O-salt体系或者具有高溶剂电子给体数的H2O-solvent体系往往会具有强过冷能力。随后提出 一般性策略：低共晶温度和强过冷能力的电解液可以通过引入具有高阳离子势的盐或者高溶剂给体数的共溶剂来构建多溶质体系来实现。最后以钠基H2O-solute体系为例，通过引入高阳离子势的盐（Al3+）和高溶剂电子给体数溶剂（乙二醇，即EG）的策略，设计了一系列钠基的极端低温防冻电解液。图3 | 该图展示了基于所设计的极端低温防冻电解液组装的全电池性能。其中NaFeMnHCF/Na-H2O-EG/NaTi2(PO4)3电池室温能量密度可达80 Wh/kg，8C倍率循环5000周后容量保持率70%，且能在-60℃至25℃下并在-70℃下点亮LED灯。NaFeMnHCF/ Na-H2O-Ca/PTCDI电池室温能量密度可达65.7 Wh/kg，4C倍率下循环250周循环容量保持91.1%，且所组装的10mAh软包电池能在-85℃至25℃下正常工作。图4 | 该图展示了传统设计低温电解液浓度的设计策略以及作者所提出的“冷冻浓缩法”的设计策略。传统策略，需要测试大量溶液浓度比例的冰点以选取目标防冻浓度，存在低效率低精度的缺点。冷冻浓缩法，只需要在给定H2O-solute体系中随意选取稀溶液，并执行一次冷冻浓缩实验就可以直接得到目标低温下不冻结的浓度，大大提高了设计效率和精度。图5 | 该图展示了基于冷冻浓缩法设计的电解液所组装的全电池的性能：水系锂离子电池LiMn2O4//PTCDI（80 Wh/kg，1000周，-60 至25℃）；水系钠离子电池NaCoHCF//PTCDI（62 Wh/kg，1000周，-50 至25℃）。 【成果启示】香港中文大学卢怡君团队基于对H2O-solute体系平衡相图和亚平衡相图的深入理解，系统提出了防冻水系电解液溶质种类和溶质浓度的设计策略，为极端低温水系和非水系电池的设计提供了理性的指导。 参考文献：1. Jiang et al. Nat. Energy. 2024, DOI: 10.1038/s41560-024-01527-5.2. Jiang et al. Energy Environ. SCi. 2024, 17, 2815-2824.3. Jiang et al. Nano. Res. Energy, 2022, 1: e9120003 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01527-5https://doi.org/10.1039/D4EE00859F 作者信息：卢怡君（Yi-Chun Lu），现任香港中文大学教授，英国皇家化学会会士，香港青年科院创始会员。主要研究方向为：电化学储能机理、电极材料的可控设计和高效新能源体系的开发等。课题组长期致力于新型高能量低成本液流电池材料开发，金属-氧/硫电池机理研究，新型水系电解液体系以及高安全有机电解液体系开发。相关研究成果发表在Nat. Energy, Nat. Mater., Nat. Sustain., Joule, Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nat. Commun.等国际一流期刊。担任J. Mater. Chem. A和Mater. Adv.期刊副主编, 并在Mater. Today, Chem. Mater.,ACS Energy Lett.等期刊担任编辑顾问。 蒋礼威，香港中文大学博士后，于2020年博士毕业于中国科学院物理研究所，导师为胡勇胜研究员。目前在香港中文大学卢怡君教授课题组从事博士后研究，主要研究方向为高比能长寿命宽温区水系碱金属离子电池的电极材料与电解液设计。曾以第一作者在Nat. Energy (2篇), Adv. Mater., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc.（共一）, ACS Energy Lett.等期刊发表过学术论文。已获授权国家发明专利4项，曾获中国科学院院长优秀奖、中国硅酸盐学会优秀博士论文奖等奖项。相关阅读：锂离子电池制备材料/压力测试！锂电池自放电测量方法：静态与动态测量法！ 软包电池关键工艺问题！一文搞懂锂离子电池K值！工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！ 揭秘宁德时代CATL超级工厂！ 搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看！锂离子电池生产中各种问题汇编！ 锂电池循环寿命研究汇总（附60份精品资料免费下载）
根据环洋市场咨询（Global Info Research)项目团队最新调研，预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元，2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池，大多数是锂聚合物电池，相较其他电池，锂聚合物电池具有较高的能量密度，较长寿命，同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等，前五大厂商占有全球
根据Global Info Research项目团队最新调研，预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元，2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机，其外壳设计为密闭结构，通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部，从而保护电机的内部组件，延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告，2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
