水系电池具有成本、安全和环境优势，由此成为富有前景的大规模储能选项。然而，这些电池在寒冷气候下的应用受限，因为它们在零度以下温度可能出现性能问题，如电解质冻结，以及因离子传输减少而使系统速度放慢。传统解决方案耗能大且效率低下，如外部加热。因此，研究人员致力于探索新的策略，以提高水系电池的低温性能，而不影响其效率或增加复杂性。据外媒报道，新南威尔士大学（University of New South Wales）和深圳理工大学的研究人员开发出可以在低于零度温度下有效运行的水系电池。
（图片来源：能源材料与器件）
这项研究揭示了光热集电器和悬浮电极（suspension electrode）如何使电池自行产生热量，并在寒冷气候下保持稳定性能的秘密。该系统利用科琴炭黑（Ketjen black）基材料，将阳光转化为热能，从而为极地和寒冷地区储能提供可行的解决方案。相关论文发表在期刊《能源材料与器件（Energy Materials and Devices）》上。
该研究的创新核心在于在电池的集电器中集成光热材料，从而使其能够自发热并在低温下有效运行。该科琴炭黑基集电器可以吸收宽光谱范围阳光（从200至2500 nm的效率为98%），从而快速产生热量，仅在22分钟内即可使电池芯温度从零下18℃提高到零上20℃。然后，这些热量通过具有高导热性的悬浮电极均匀分布。
为了提高稳定性，该系统采用聚光器和控温机制，在充放电循环中使电池芯能够保持20℃的温度，即使外部温度在零下5℃和零上5℃之间浮动。该技术可以有效解决水系电池在寒冷气候下面临的电化学限制问题，从而为大规模储能提供可行解决方案。
研究人员将整合深圳理工大学和新南威尔士大学的智力资源和技术平台，以实现技术转化。研究人员Dawei Wang表示：“我们致力于推动净零能耗技术的创新设计。在这个特定例子中，我们概述这一概念并制作了相关系统，以实现复杂电池设备的太阳能加热。我们希望该解决方案的转化能够满足对宽温度范围电池的新兴行业需求。”
这一电池技术进展有望扩大水系电池在电网规模储能中的应用，尤其是在寒冷地区。通过增强低温性能，这些电池可以在极地地区进行部署，从而为锂离子系统提供经济高效且可持续的替代方案。而采用光热技术为实现电池自热机制的进一步创新打开了大门，有望提高一系列应用的能源效率，如可再生能源存储，以及在寒冷气候下运行的电动汽车等。
