Са ширењем нових енергетских технологија у екстремна окружења као што су велике географске ширине и велике надморске висине, криогене батерије су постале фокус пажње у енергетском пољу због своје способности да одрже употребљиви капацитет и излазну снагу у хладним условима. Њихов основни принцип рада лежи у превазилажењу изазова изазваних ниским температурама, као што су оштећена проводљивост јона, споре међуфазне реакције и смањена стабилност материјала. Кроз више-димензионалну оптимизацију електрохемијског система, они постижу ефикасну конверзију и складиштење енергије у екстремним условима.
У окружењима са ниским{0}}температурама, деградација електрохемијских перформанси традиционалних батерија углавном произилази из три уска грла: прво, вискозитет електролита расте експоненцијално са смањењем температуре, што доводи до значајног смањења брзине миграције јона и последично до значајног смањења проводљивости; друго, отпор преноса наелектрисања на материјалу електроде-пренапона на интерфејсу електролита, спора кинетика уметања/екстракције литијум-јона и интензивирана поларизација; и треће, ниске температуре могу изазвати структурне дисторзије у материјалима електрода или повећати споредне реакције, додатно слабећи стабилност циклуса. Криогене батерије систематски превазилазе ове изазове кроз дизајн материјала и иновације механизама.
Иновација у систему електролита је примарни пробој. Конструисањем система растварача са ниском-тачком смрзавања- (као што је мешавина етилен карбоната и флуороетилен карбоната) или увођењем високо дисоцијабилних литијумових соли (као што је литијум бис(флуоросулфонил)имид), тачка смрзавања електролита може бити ефикасно смањена, чак и повећана проводљивост при високом броју преноса и повећана проводљивост -40 степени, пружајући основну гаранцију за транспорт пуњења. Неки електролити у чврстом стању додатно проширују свој електрохемијски прозор и температурни опсег пуферовањем импедансе границе зрна кроз флексибилну полимерну матричну мрежу.
Међуфазна контрола материјала електрода је кључна за побољшање перформанси. Нанотехнологија и технике облагања угљеником (као што су композитни слојеви графена) на страни позитивне електроде могу скратити пут дифузије литијум{1}}јона и смањити импедансу међуфаза; Дизајн композитних материјала на негативној електроди на бази пре-литирања или силицијума- може ублажити проширење запремине и проблеме поларизације интеркалације литијума на ниским температурама. Истовремено, формирање танког и густог филма међуфазе чврстог електролита (СЕИ) изазвано агенсима за формирање филма-може истовремено да потисне разградњу електролита и да одржи јонску проводљивост, значајно побољшавајући животни век циклуса на ниским{6}}има.
Помоћни дизајн на нивоу интеграције система је подједнако неопходан. Неке криогене батерије интегришу само-модуле за самогрејање, користећи импулсну струју за побуђивање унутрашњег џулова загревања или спрегнуте термисторске елементе да би се постигла затворена-контрола затворене петље за „криогено покретање-уп - аутономно загревање-, избегавајући губитак енергије од спољашњег грејања. Систем управљања батеријама (БМС) динамички прилагођава стратегије пуњења и пражњења како би се смањио ризик од формирања литијум дендрита на ниским температурама, обезбеђујући оперативну безбедност.
Тренутно, криогене батерије су постигле напредак у перформансама, одржавајући преко 80% капацитета на -30 степени и омогућавајући нормално покретање-на -40 степени, и постепено се примењују у поларном истраживању, складиштењу енергије у високим и хладним регионима и специјалној опреми. Уз континуирани напредак инжењеринга интерфејса и интелигентног управљања топлотом, очекује се да ће они постати основна технологија подршке за снабдевање енергијом у екстремним окружењима.
