Kriogene baterije su tip uređaja za pohranu energije posebno dizajniran za održavanje dobrih elektrohemijskih performansi u okruženjima niskih{0}}temperatura. Cilj im je da prevaziđu izazove smanjenja kapaciteta, smanjenja snage, pa čak i kvara u konvencionalnim baterijama u hladnim uslovima. Uz kontinuirani razvoj polarnih naučnih istraživanja, industrijske inspekcije u-visinskim i hladnim regijama, zimsko hitno spašavanje i avio-svemir, važnost kriogenih baterija je sve istaknutija, postajući ključna energetska tehnologija koja podržava operacije u ekstremno hladnim okruženjima.
Kada temperatura konvencionalnih litijum{0}}jonskih baterija padne ispod nula stepeni Celzijusa, viskozitet elektrolita se značajno povećava, brzina migracije jona se smanjuje, a impedansa sučelja elektrode raste, što dovodi do oštrog smanjenja upotrebljivog kapaciteta i pada platoa pražnjenja. U teškim slučajevima može doći do iznenadnog pada napona, koji sprečava pokretanje opterećenja. Kriogene baterije, kroz optimizaciju sistema materijala i strukturne inovacije, efikasno ublažavaju ili eliminišu ove štetne efekte, omogućavajući im da proizvode relativno stabilnu električnu energiju na temperaturama ispod -10 stepeni Celzijusa ili čak nižim.
Na nivou materijala, osnovno poboljšanje kriogenih baterija se fokusira na nisku{0}}kompatibilnost elektrolita i elektroda na niskim temperaturama. Istraživači često koriste sisteme rastvarača sa niskim tačkama smrzavanja i visokom jonskom provodljivošću, kao što su miješani rastvarači etilen karbonata i linearnih estera, ili uvode jonske tekućine i organske aditive niske-tačke-tačke, kako bi snizili tačku smrzavanja elektrolita i održali provodljivost na niskim temperaturama. Istovremeno, optimiziranje koncentracije litijumove soli i funkcionalnih aditiva može potisnuti litijumsku prevlaku na niskoj{5}}temperaturi i nuspojave međufaza, poboljšavajući stabilnost ciklusa. Što se tiče materijala elektroda, nano-dimenzioniranje, dopiranje i površinski premaz se koriste za ubrzanje prijenosa naboja na niskim temperaturama i smanjenje polarizacije, čime se održava visok kapacitet pražnjenja i performanse brzine u hladnim uvjetima.
Što se tiče strukturalnog dizajna, nisko{0}}baterije često kombinuju upravljanje toplotom i mjere izolacije kako bi se poboljšala prilagodljivost okolišu. Na primjer, materijali za promjenu faze ili fleksibilni grijaći filmovi postavljaju se između ćelija kako bi se baterija prethodno zagrijala prije rada ili tokom pauza, omogućavajući joj da brzo dostigne odgovarajući raspon radne temperature; vanjsko kućište koristi kompozitne materijale niske toplinske provodljivosti kako bi se ublažio prodor vanjske hladnoće i produžilo vrijeme izolacije. Neka rješenja također povezuju sistem grijanja sa sistemom upravljanja baterijom (BMS), dinamički prilagođavajući snagu grijanja na osnovu povratne informacije o temperaturi kako bi se uravnotežila potrošnja energije i efikasnost grijanja.
U pogledu performansi, visoko-kvalitetne kriogene baterije mogu održavati više od 70% svog nazivnog kapaciteta na temperaturama od -20 stepeni ili čak nižim, dok posjeduju neophodnu brzinu pražnjenja za ispunjavanje zahtjeva za pokretanje i kontinuirano opterećenje. Njihova sposobnost pokretanja pri niskim temperaturama je posebno kritična, sprečavajući "zamrzavanje" koje bi moglo dovesti do prekida misije ili kvara opreme. Sigurnosni dizajn mora istovremeno odgovoriti na izazove i kriogenih i uvjeta grijanja, osiguravajući da proces grijanja ne izazove lokalizirano pregrijavanje ili rizik od termičkog bijega.
Kriogene baterije su već primijenjene u polarnim naučnim istraživanjima,-inspekcijama dalekovoda na velikim nadmorskim visinama u hladnim uvjetima, zimskoj pomoći u slučaju katastrofa, premjera platoa i aeronautike, značajno proširujući operativni prozor opreme i sistema u ekstremnim hladnim uvjetima i poboljšavajući kontinuitet misije i mogućnosti prikupljanja podataka. Uz kontinuirani napredak nauke o materijalima i tehnologije upravljanja toplinom, očekuje se da će kriogene baterije postići visoko pouzdano i efikasno snabdijevanje energijom u širem temperaturnom rasponu, pružajući čvrstu energetsku podršku za inteligentne operacije i razvoj resursa u hladnim okruženjima.
