锂离子电池体系的电化学功能遭到温度的显着影响，低温会导致Li+分散、界面电荷交流等进程中遭到显着的影响，因而低温下锂离子电池的功率功能会遭到严峻的影响，放电功能大幅削弱。现在惯例的锂离子电池仅可以满意-40℃下作业的需求，然而在一些特别使用领域，例如火星的均匀温度在-63℃左右，传统的锂离子电池无法满意在这一温度下作业的需求。

  近来，美国俄勒冈州立大学的Heng Jiang（榜首作者）、Xiulei Ji（通许作者）和阿贡国家实验室的Jun Lu（通讯作者）等人开发了一种可以在极低温度下作业的质子电池，在-78℃下可以放出常温容量的55%，循环450次容量没有丢失，即便是-88℃下也可以放出30%以上的容量。

  为了改进锂离子电池的低温功能，科研作业者开发了多种电解液，例如液化气、氟化溶剂和乙酸乙酯等，这些溶剂体系与载流子（Li+）相容性较差，因而可以有用的下降电解液在电极/电解液界面的去溶剂化能量，然后提高电池的低温功能，可是这些体系普遍存在安全性较差的问题，成为其在锂离子电池中使用的首要妨碍。

  水溶液体系的电池在安全性上具有得天独厚的优势，其间质子电池是一种最具有使用远景的水系电解液。在本项研讨中作者选用了浓度为63%的H3PO4体系电解液，该电解液的凝固点为-85℃，可以很好的满意电池低温放电的需求。

  实验中作者选用预先嵌入质子的CuFe-TBA (H-TBA)作为正极，以MoO3作为负极，9.5m的H3PO4水溶液作为电解液。该电池体现出了杰出的循环功能，在2A/g的大电流下循环1000次电池的剩下容量依然可以到达85%。在倍率功能方面该电池体现更为超卓，在5（约100C）、10（约200C）、20（约400C）、50（约1000C）和100A/g（约2000C）的电流密度下（根据电池正负极活性物质总质量的理论比容量约为55mAh/g）电池的容量坚持率可以别离到达84%、82%、77%、75%和70%（如下图B所示），远远好于传统的锂离子电池，在1.1s脉冲放电工况下电池的比功率可达77kW/kg。

  从下图c可以看到，不同温度下电池的电流峰的方位简直没有产生改动，标明电池具有杰出的动力学特性。在-78℃下电池可以放出28mAh/g的比容量，约为常温容量的55%，而即便是在-88℃（比该电解液的凝固点还要低3℃）电池依然放出了常温容量的30%。一起该电池在低温下依然具有杰出的倍率功能，-78℃下即便是400mA/g的电流密度（约8C）依然可以放出常温容量的50%。低温循环通常是锂离子电池的短板，可是该电池在-78℃下循环450次，容量简直没有呈现衰降，体现出了优异的低温循环功能。

  上述质子电池在低温下杰出的循环功能取决于MoO3杰出的储质子特性，测验标明MoO3初次嵌入质子和脱出质子的容量别离为341mAh/g和194mAh/g，初次功率约为57%。下图A为MoO3在不同电流密度下的充放电曲线A/g的电流密度下MoO3资料的比容量可以到达218mAh/g，即便是电池倍率提高到100A/g（约为500C）电池MoO3资料依然可以放出140mAh/g的容量。

  风趣的是尽管MoO3资料具有优异的低温文倍率功能，可是质子在MoO3中的嵌入却是一个分散控制的进程。剖析发现，在复原扫描的进程中均匀每摩尔的电子，资料分量添加19.7g，这标明资猜中除了嵌入质子外，还嵌入了水合质子。可是在氧化的进程中，每摩尔的电子仅丢失5.3g的质量，这标明有0.8摩尔的水分子被固定在MoO3资料的内部，这些水分的存在可以提高MoO3的贮存质子的才能，特别是在低温的贮存质子才能。

  电解液的挑选会对质子电池的功能产生至关重要的影响，比较于稀的酸溶液高浓度的酸溶液可以取得更好的寿数特性，研讨标明别离选用9.5m和1m的H3PO4溶液的MoO3电池，在经过200次循环后容量坚持率别离为82%和39%。这首要是因为MoO3在不同浓度的酸溶液中稳定性不同，测验发现在1m的磷酸溶液中经过200次循环后MoO3丢失了60%的质量，而在9.5m的磷酸溶液中MoO3仅丢失了20%的质量，而如果在稀的H2SO4中MoO3质量的丢失则会到达惊人的70%，一起容量坚持率也下降到10%，这首要是因为高浓度的弱酸溶液中自在水分子数量较少，然后可以有用的改进质子电池的循环寿数。此外从上图F中咱们也可以注意到选用9.5m的磷酸溶液的MoO3的电荷交流阻抗值仅为4.5Ω，这要远低于1m的磷酸溶液中的10.8Ω，这或许是因为在高浓度溶液中自在状况的水分子数量比较少，因而质子没有彻底的溶剂化，然后可以使得只能直接与MoO3产生反响，下降了界面的电荷交流阻抗。

  下图展现了质子嵌入到MoO3资猜中的反响机理，从下图c和d的XRD图谱中可以看到，跟着嵌入质子数量的添加，（004）特征峰呈现了左移，这标明在初次嵌入质子进程中水分子的嵌入因而了MoO3资料内部层距离的添加，（100）特征峰的右移标明Mn-O-Mn键在a轴方向上的缩短，（020）特征峰的左移标明Mn-O-Mn键在b轴方向的胀大，这标明H+的嵌入和在资料内部的搬迁首要是和O构成H-O键的方法进行。

  Heng Jiang经过高浓的磷酸溶液显着改进了MoO3的循环稳定性和倍率功能，H+在电极/电解液的快速交流反响下降了界面的电荷交流阻抗，这些效果使得该电池具有了超卓的低温文功率功能，即便是在-78℃下依然可以放出常温容量的55%，在-88℃下依然可以放出常温容量的30%，并且在-78℃下循环简直没有容量丢失。

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