低溫環境下的技術挑戰

    儲備電源的核心優勢在于激活前電解液與電池單元分離，可實現長達20年的儲存且無自放電。但當溫度低至–50°C時，鉛酸系統的電化學過程顯著變慢，激活時間難以縮短至100毫秒以內。盡管通過優化電解液流動阻力，在–32°C下可實現29-45毫秒的激活時間，但在更低溫度下進一步突破卻困難重重。這導致許多應用不得不轉向成本更高的鋰硫酰氯系統。

研究突破：微觀結構重塑性能

    研究團隊利用澤攸科技ZEM臺式掃描電鏡，對電極材料進行深入微觀分析，探索了兩種創新路徑。

    鋅替代鉛的嘗試與挑戰  團隊首先嘗試用鋅替代傳統鉛陽極。雖然鋅在低溫下顯著提高了放電電壓，卻導致放電特性不穩定，影響電源可靠性。上圖清晰展示了不同材料體系在  溫度下的性能差異。

    納米孔隙結構的關鍵作用  研究重點轉向優化二氧化鉛陰極材料的納米孔隙結構。通過精確控制電極制備條件，團隊成功調控了PbO?涂層的微觀結構。

圖 根據不同制備方案得到的PbO?涂層表面的掃描電鏡圖像：1（a）、2（b）和3（c、d、e）

    掃描電鏡圖像清晰揭示了不同制備方案下PbO?涂層的表面形貌差異，為優化工藝提供了直觀依據。

創新設計：雙層結構平衡性能

    研究團隊開發了獨特的雙層結構設計，將致密PbO?內層與多孔外層相結合，既確保高放電容量，又實現快速激活。

圖 二氧化鉛（PbO?）陰極的雙層結構模型

    這種設計在實驗中表現出色，基于Pb–HClO?–PbO?體系的電源在–50°C下仍能保持穩定放電。

實際應用驗證

    團隊制造了體積僅0.02毫升的微電池試驗批次。測試結果表明，優化后的儲備電源在–50°C環境下實現了短于30毫秒的激活時間，且放電電壓穩定，性能遠超預期。這一突破使得鉛酸系統重新成為低溫儲備電源的可行選擇，為相關領域帶來了更具成本效益的解決方案。

技術前景與挑戰

    盡管成果顯著，研究團隊指出仍需解決長期穩定性等問題。目前正在進行的加速壽命測試初步表明，優化后的PbO?涂層在儲存后仍能保持良好的性能。澤攸科技ZEM系列臺式掃描電鏡在這一研究中發揮了關鍵作用，其高成像速度和多樣的信號探測能力，為電極材料微觀結構分析提供了強大支持。這項研究不僅推動了鉛酸電池技術的發展，更為環境下的電源解決方案開辟了新途徑。隨著進一步優化，這一技術有望在更多關鍵領域實現應用突破。