Криогене батерије су тип уређаја за складиштење енергије посебно дизајниран да одржи добре електрохемијске перформансе у окружењима са ниским{0}температурама. Они имају за циљ да превазиђу изазове опадања капацитета, смањења снаге, па чак и квара у конвенционалним батеријама у хладним условима. Уз континуирани развој поларног научног истраживања, индустријске инспекције у-висинским и хладним регионима, зимске хитне случајеве и ваздухопловство, значај криогених батерија је све истакнутији, постајући кључна енергетска технологија која подржава операције у екстремно хладним окружењима.
Када температура конвенционалних литијум{0}}јонских батерија падне испод нула степени Целзијуса, вискозитет електролита се значајно повећава, брзина миграције јона се смањује, а импеданса интерфејса електроде расте, што доводи до наглог смањења употребљивог капацитета и пада платоа пражњења. У тешким случајевима може доћи до наглог пада напона, спречавајући покретање оптерећења. Криогене батерије, кроз оптимизацију система материјала и структурне иновације, ефикасно ублажавају или елиминишу ове штетне ефекте, омогућавајући им да производе релативно стабилну електричну енергију на температурама испод -10 степени Целзијуса или чак нижим.
На нивоу материјала, основно побољшање криогених батерија се фокусира на ниску{0}}компатибилност електролита и електрода на ниским температурама. Истраживачи често користе системе растварача са ниским тачкама смрзавања и високом јонском проводљивошћу, као што су мешани растварачи етилен карбоната и линеарних естара, или уводе јонске течности и органске адитиве са ниском-тачком топљења-, да би снизили тачку смрзавања електролита и одржали проводљивост на ниским температурама. Истовремено, оптимизација концентрације литијумове соли и функционалних адитива може да потисне ниско{5}}нискотемпературне литијумске превлаке и међуфазне споредне реакције, побољшавајући стабилност циклуса. Што се тиче материјала електрода, нано{7}}димензионисање, допинг и површински премаз се користе за убрзање преноса наелектрисања на ниским температурама и смањење поларизације, чиме се одржава висок капацитет пражњења и перформансе брзине у хладним условима.
У погледу структуралног дизајна, ниско{0}}батерије често комбинују управљање топлотом и мере изолације како би побољшале прилагодљивост околини. На пример, материјали за промену фазе или флексибилни грејни филмови се постављају између ћелија да би се батерија претходно загрејала пре рада или током пауза, омогућавајући јој да брзо достигне одговарајући опсег радне температуре; спољашње кућиште користи композитне материјале ниске топлотне проводљивости да би се ублажио продор спољашње хладноће и продужило време изолације. Нека решења такође повезују систем грејања са системом управљања батеријама (БМС), динамички прилагођавајући снагу грејања на основу повратне информације о температури како би се уравнотежила потрошња енергије и ефикасност грејања.
У погледу перформанси, високо{0}}квалитетне криогене батерије могу да одрже више од 70% свог номиналног капацитета на температурама од -20 степени или чак нижим, док поседују неопходну брзину пражњења да би испуниле захтеве покретања и непрекидног оптерећења. Њихова способност покретања при ниским температурама је посебно критична, спречавајући „замрзавање“ које би могло довести до прекида мисије или квара опреме. Безбедносни дизајн мора истовремено да се позабави изазовима и криогених и грејних услова, обезбеђујући да процес грејања не изазове локализовано прегревање или ризик од топлотног бекства.
Криогене батерије су већ примењене у поларним научним истраживањима,-инспекцијама далековода на великим висинама у хладним условима, зимској помоћи у случају катастрофе, премеравању платоа и ваздухопловству, значајно проширујући оперативни прозор опреме и система у екстремним хладним условима и побољшавајући континуитет мисије и могућности прикупљања података. Уз континуирано унапређење науке о материјалима и технологије управљања топлотом, очекује се да криогене батерије постигну високо поуздано и ефикасно снабдевање енергијом у ширем температурном опсегу, пружајући солидну енергетску подршку за интелигентне операције и развој ресурса у хладним окружењима.
