突破极低温瓶颈我国团队实现锂硫电池宽温域新跨越

电子发烧友网综合报道，随着临近空间探测、极地科考等极端环境探索不断推进，高比能且适配超宽温度范围的电源技术成为行业迫切需求。锂硫电池因高理论能量密度，被视作下一代储能体系的重要方向，但其低温性能短板长期制约应用落地。

传统技术多聚焦正极优化、隔膜改性与电解液调整，仅能支撑电池在0℃至-60℃区间工作，温度低于-60℃时，多硫化物转化动力学停滞，电池快速失效；常用的外部加热方案则存在能量损耗高、短路风险大等问题，无法满足极端环境长期作业需求。

近日，大连理工大学材料科学与工程学院胡方圆教授团队针对性攻关，提出全新电池构筑策略，将交变磁场与锂硫电池深度融合，从量子层面调控离子与电子传输路径，优化界面反应位点的自旋电子态，成功打破超低温下多硫化物转化动力学停滞的瓶颈，大幅拓展电池有效工作温度区间。相关成果已发表于国际综合科学期刊《国家科学评论》（NSR，National Science Review），标志着我国在该领域取得国际影响力的原创突破。

该新型电池系统集成微型温度传感器、智能控制芯片与磁响应正极材料，形成完整感知调控闭环。传感器实时采集温度，芯片动态调节交变磁场参数，磁响应正极材料替代传统硫载体，在磁场作用下于电极与电解液界面形成多物理场协同效应，激活低温下迟缓的电化学反应。

实验显示，磁场可诱导磁性纳米粒子电子自旋极化，强化铁3d轨道与氧2p轨道杂化，引发塞曼能级分裂并形成极化子缺陷态，降低电荷转移与锂离子扩散势垒，提升多硫化物转化效率。

拉曼光谱与同步辐射实验证实，磁场能加快硫化锂与二硫化二锂生成，抑制多硫化物穿梭效应，延长电池寿命；冷冻电镜观测则表明，多物理场协同可促使硫化锂均匀多向生长，优化电极界面结构。

团队制备的软包电池经系统测试，在-20℃至-120℃区间均表现优异：-20℃下可稳定循环2800小时，-80℃时能量密度达454.5 Wh·kg⁻¹，扣除能耗后仍有219.1 Wh·kg⁻¹，相关性能已通过轻工业化学电源研究所第三方检测。

此次突破跳出传统材料改性思路，以物理场动态调控开辟宽温域高比能电池新路径，可适配临近空间飞行器、极地科考装备等国家重大战略场景，满足-120℃至60℃全天候能源供给需求。

该研究得到多项国家级、省部级项目资助，团队在固态电池、超级电容器等领域已形成连续且有影响力的研究布局，这项成果不仅解决锂硫电池极低温应用难题，更为储能体系低温优化提供可迁移范式，助力我国在高端储能领域构建技术优势。

突破极低温瓶颈我国团队实现锂硫电池宽温域新跨越图1