可充电电池非常适合储存能量，为智能手机和电动汽车等电子产品供电。然而，在寒冷的环境中，它们可能更难充电，甚至可能着火。

　　我是一名机械工程教授，从大学开始就对电池感兴趣。我现在在德雷塞尔大学领导一个电池研究小组。

　　就在过去的十年里，我看到锂离子电池的价格随着生产市场的扩大而下降。未来的预测预测，到2030年，市场将达到每年数千千兆瓦时，这是一个显着的增长。

　　但是，锂离子电池并不是完美的——这种上升伴随着风险，比如它们在寒冷的天气里速度会减慢，甚至会着火。

　　电池内部的电化学能量储存是通过以离子的形式储存电能来实现的。离子是带有非零电荷的原子，因为它们要么有太多电子，要么没有足够的电子。

　　当你给电动汽车或手机插上电源时，插座提供的电力将这些离子从电池的正极驱动到负极。电极是电池中可以储存离子的固体材料，所有的电池都有正极和负极。

　　电子以电的形式通过电池。每一个电子进入一个电极，一个锂离子也进入同一个电极。这确保了电池中的电荷平衡。当你开车时，储存在负极中的离子移动回正极，由此产生的电流为马达提供动力。

　　虽然AA或AAA电池可以为小型电子产品供电，但它们只能使用一次，而且不能充电。可充电锂离子电池可以进行数千次完全充放电循环。对于每个循环，它们也可以存储比AA或AAA电池更高的电量。

　　由于锂是最轻的金属，它具有很高的比容量，这意味着它可以存储每重量的大量电荷。这就是为什么锂离子电池不仅对便携式电子产品有用，而且对重量或体积有限的交通工具也很有用，比如电动汽车。

　　电池火灾

　　然而，锂离子电池有AA或AAA电池没有的风险。首先，它们更容易着火。例如，在过去五年中，纽约市报告的电动自行车电池火灾数量从30起增加到近300起。

　　很多不同的问题都可能导致电池起火。制造不良的电池可能含有缺陷，比如制造过程中留下的微量杂质或颗粒，这会增加内部故障的风险。

　　气候也会影响电池的运行。电动汽车的销量在美国各地都有所增长，尤其是在东北部和中西部等寒冷地区，那里的寒冷气温会影响电池的性能。

　　电池中含有一种叫做电解质的液体，低温会导致液体流动更慢。所以，电池里的电解质在寒冷中变慢变厚，导致里面的锂离子移动速度变慢。这种减速会阻止锂离子正确插入电极。相反，它们可能沉积在电极表面并形成锂金属。

　　如果在充电过程中有太多的锂沉积在电极表面，可能会导致内部短路。这个过程会引起电池起火。

　　我的研究小组和其他许多人一起，正在研究如何使电池在寒冷中更有效地工作。

　　例如，研究人员正在探索用一种在低温下不会变稠的替代电解质替换掉通常的电池电解质。另一种可能的选择是在充电前加热电池组，这样充电过程就会在更高的温度下进行。

　　我的团队也在研究锂离子电池以外的新型电池。这些可能是在更宽的温度范围内更稳定的电池类型，甚至根本不使用液体电解质的类型，或者使用钠而不是锂的电池。钠离子电池性能好，成本低，因为钠是一种非常丰富的资源。

　　固态电池使用不易燃的固体电解质，从而降低了火灾的风险。但这些电池的工作性能不如锂离子电池，所以还需要更多的研究来证明它们是否是一个好的选择。

　　全国人民每天都在使用的锂离子电池供电技术，这些领域的研究旨在找到解决方案，使这项技术对消费者来说更加安全。

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　　引用锂离子电池在寒冷的环境下不能正常工作。一位电池研究人员解释了低温下的化学反应(2024年3月6日)

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