Kryogénne batérie sú typom zariadenia na uchovávanie energie, ktoré je špeciálne navrhnuté na udržanie dobrého elektrochemického výkonu v prostredí s nízkou-teplotou. Ich cieľom je prekonať problémy spojené s úbytkom kapacity, znížením výkonu a dokonca aj zlyhaním konvenčných batérií v chladných podmienkach. S neustálym rozvojom polárneho vedeckého výskumu, priemyselných inšpekcií vo vysokých-nadmorských výškach a chladných oblastiach, zimnej núdzovej záchrany a letectva sa dôležitosť kryogénnych batérií stáva čoraz významnejšou a stáva sa kľúčovou energetickou technológiou podporujúcou operácie v extrémne chladných prostrediach.
Keď teplota konvenčných lítium{0}}iónových batérií klesne pod nulu stupňov Celzia, viskozita elektrolytu sa výrazne zvýši, rýchlosť migrácie iónov sa zníži a impedancia rozhrania elektród sa zvýši, čo vedie k prudkému zníženiu využiteľnej kapacity a poklesu vybíjanej plató. V závažných prípadoch môže dôjsť k náhlemu poklesu napätia, ktorý zabráni spusteniu záťaže. Kryogénne batérie prostredníctvom optimalizácie materiálového systému a štrukturálnych inovácií účinne zmierňujú alebo eliminujú tieto nepriaznivé vplyvy a umožňujú im poskytovať relatívne stabilnú elektrickú energiu pri teplotách nižších ako -10 stupňov Celzia alebo dokonca nižších.
Na úrovni materiálov sa hlavné zlepšenie kryogénnych batérií zameriava na kompatibilitu elektrolytu a elektród pri nízkych{0}}teplotách. Výskumníci často používajú systémy rozpúšťadiel s nízkymi bodmi tuhnutia a vysokou iónovou vodivosťou, ako sú zmiešané rozpúšťadlá etylénkarbonátu a lineárnych esterov, alebo zavádzajú iónové kvapaliny a organické prísady s nízkym -bodom topenia- na zníženie bodu tuhnutia elektrolytu a udržanie vodivosti pri nízkych teplotách. Súčasne optimalizácia koncentrácie lítiovej soli a funkčných prísad môže potlačiť nízkoteplotné pokovovanie lítiom a medzifázové vedľajšie reakcie, čím sa zlepší stabilita cyklu. Čo sa týka materiálov elektród, nano-dimenzovanie, doping a povrchová úprava sa používajú na zrýchlenie prenosu náboja pri nízkych teplotách a zníženie polarizácie, čím sa udrží vysoká kapacita vybíjania a rýchlosť výkonu v mrazivých podmienkach.
Pokiaľ ide o štrukturálny dizajn, nízkoteplotné{0}}batérie často kombinujú tepelné riadenie a izolačné opatrenia na zlepšenie prispôsobivosti voči životnému prostrediu. Napríklad materiály s fázovou zmenou alebo flexibilné vykurovacie fólie sú umiestnené medzi články na predhriatie batérie pred prevádzkou alebo počas prestávok, čo jej umožňuje rýchlo dosiahnuť vhodný rozsah prevádzkových teplôt; vonkajší plášť využíva kompozitné materiály s nízkou tepelnou vodivosťou na zmiernenie prenikania vonkajšieho chladu a predĺženie doby izolácie. Niektoré riešenia tiež spájajú vykurovací systém so systémom riadenia batérie (BMS), pričom dynamicky upravujú vykurovací výkon na základe teplotnej spätnej väzby, aby sa vyrovnala spotreba energie a účinnosť vykurovania.
Pokiaľ ide o výkon, vysoko{0}}kvalitné kryogénne batérie si dokážu udržať viac ako 70 % svojej menovitej kapacity pri teplotách až -20 stupňov alebo dokonca nižších, pričom majú potrebnú rýchlosť vybíjania, aby splnili požiadavky na spustenie a nepretržité zaťaženie. Ich schopnosť spúšťania pri nízkych teplotách je obzvlášť dôležitá, pretože zabraňuje "zamrznutiu vypnutia", ktoré by mohlo viesť k prerušeniu misie alebo poruche zariadenia. Bezpečnostný dizajn musí súčasne riešiť problémy kryogénnych aj zahrievacích podmienok, pričom musí zabezpečiť, že proces zahrievania nespustí lokálne riziko prehriatia alebo tepelného úniku.
Kryogénne batérie už boli aplikované v polárnom vedeckom výskume,-kontrole elektrického vedenia vo vysokých nadmorských výškach v mrazivých podmienkach, pri pomoci pri zimných katastrofách, prieskume náhornej plošiny a vo vzdušnom priestore, čím sa výrazne rozšírilo prevádzkové okno zariadení a systémov v extrémnych chladných podmienkach a zlepšila sa kontinuita misie a možnosti získavania údajov. S neustálym pokrokom v oblasti vedy o materiáloch a technológie tepelného manažmentu sa očakáva, že kryogénne batérie dosiahnu vysoko spoľahlivé a efektívne zásobovanie energiou v širšom teplotnom rozsahu a poskytujú solídnu energetickú podporu pre inteligentné operácie a rozvoj zdrojov v chladnom prostredí.
