Kriogene baterije vrsta su uređaja za pohranu energije posebno dizajnirane za održavanje dobrih elektrokemijskih performansi u okruženjima niske-temperature. Cilj im je prevladati izazove pada kapaciteta, smanjenja snage, pa čak i kvara u konvencionalnim baterijama u hladnim uvjetima. Uz kontinuirani razvoj polarnih znanstvenih istraživanja, industrijske inspekcije na visokim-nadmorskim i hladnim područjima, zimskog spašavanja u hitnim slučajevima i zrakoplovstva, važnost kriogenih baterija postaje sve istaknutija, postajući ključna energetska tehnologija koja podržava operacije u ekstremno hladnim okruženjima.
Kada temperatura konvencionalnih litij-ionskih baterija padne ispod nula stupnjeva Celzijusa, viskoznost elektrolita se značajno povećava, stopa migracije iona se smanjuje, a impedancija sučelja elektrode raste, što dovodi do naglog smanjenja upotrebljivog kapaciteta i pada platoa pražnjenja. U teškim slučajevima može doći do iznenadnog pada napona, što sprječava pokretanje opterećenja. Kriogene baterije, kroz optimizaciju sustava materijala i strukturne inovacije, učinkovito ublažavaju ili uklanjaju ove štetne učinke, omogućujući im da proizvode relativno stabilnu električnu energiju na temperaturama ispod -10 stupnjeva Celzijusa ili čak nižim.
Na razini materijala, osnovno poboljšanje kriogenih baterija usredotočeno je na nisko{0}}temperaturnu kompatibilnost elektrolita i elektroda. Istraživači često koriste sustave otapala s niskim točkama smrzavanja i visokom ionskom vodljivošću, kao što su miješana otapala etilen karbonata i linearnih estera, ili uvode ionske tekućine i organske aditive niske-tališta-točke, kako bi snizili točku ledišta elektrolita i održali vodljivost na niskim temperaturama. Istovremeno, optimiziranje koncentracije litijeve soli i funkcionalnih aditiva može suzbiti nisko-temperaturno presvlačenje litijem i sporedne reakcije na površini, poboljšavajući stabilnost ciklusa. Što se tiče materijala za elektrode, nano-dimenzioniranje, dopiranje i površinski premaz koriste se za ubrzavanje brzina prijenosa naboja pri niskim temperaturama i smanjenje polarizacije, čime se održava visok kapacitet pražnjenja i performanse brzine u hladnim uvjetima.
Što se tiče konstrukcijskog dizajna, baterije za niske-temperature često kombiniraju mjere upravljanja toplinom i 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 tijekom pauza, omogućujući joj da brzo postigne odgovarajući raspon radne temperature; vanjsko kućište koristi kompozitne materijale niske toplinske vodljivosti za ublažavanje prodora vanjske hladnoće i produljenje vremena izolacije. Neka rješenja također povezuju sustav grijanja sa sustavom upravljanja baterijom (BMS), dinamički prilagođavajući snagu grijanja na temelju povratne informacije o temperaturi kako bi uravnotežili potrošnju energije i učinkovitost grijanja.
Što se tiče performansi, visoko{0}}kvalitetne kriogene baterije mogu održati više od 70% svog nazivnog kapaciteta na temperaturama od -20 stupnjeva ili čak nižim, dok posjeduju potrebnu stopu pražnjenja da zadovolje zahtjeve pokretanja i stalnog opterećenja. Njihova mogućnost pokretanja pri niskim temperaturama posebno je kritična, sprječavajući "isključivanje zbog smrzavanja" koje bi moglo dovesti do prekida misije ili kvarova opreme. Sigurnosni dizajn mora se istovremeno baviti izazovima i kriogenih uvjeta i uvjeta grijanja, osiguravajući da proces grijanja ne izazove rizik od lokalnog pregrijavanja ili toplinskog bijega.
Kriogene baterije već su primijenjene u polarnim znanstvenim istraživanjima,-ispitivanju dalekovoda na velikim visinama u hladnim uvjetima, pomoći u zimskim katastrofama, premjeravanju visoravni i u zrakoplovstvu, značajno proširujući operativni okvir opreme i sustava u ekstremno hladnim uvjetima i poboljšavajući kontinuitet misije i mogućnosti prikupljanja podataka. Uz kontinuirani napredak znanosti o materijalima i tehnologije upravljanja toplinom, očekuje se da će kriogene baterije postići visoko pouzdanu i učinkovitu opskrbu energijom u širem temperaturnom rasponu, pružajući solidnu energetsku podršku za inteligentne operacije i razvoj resursa u hladnim okruženjima.
