通過可充電電池技术储存能量，我们的数字生活方式从此充满了动力，一方面，可再生的能源又可以被纳入电网。然而，在寒冷条件下的電池功能仍然是一个挑战，促使人们研究改善電池的低温性能。水性電池（在液体溶液中）在低温下的放电速率（衡量每单位时间内放出的能量）方面比非水性電池好。
香港大学的工程师们的新研究最近发表在《纳米研究能源》杂志上，提出了用于低温水溶液電池的水溶液电解质的最佳设计元素。该研究根据几个指标审查了水电解质的物理化学特性（决定其在電池中的性能）：相图、离子扩散率和氧化還原反應的動力學。
低温水溶液電池的主要挑战是，电解质冻结，离子扩散缓慢，氧化還原動力學（电子转移过程）因此而迟缓。这些参数与電池中使用的低温水基电解质的物理化学特性密切相关。
因此，为了提高電池在寒冷条件下的性能，需要了解电解质对寒冷（-50 oC至-95 oC / -58 oF至-139 oF）的反应。研究作者和副教授Yi-Chun Lu说："为了获得高性能的低温水溶液電池（LT-ABs），研究水溶液电解质随温度变化的物理化学特性以指导低温水溶液电解质（LT-AEs）的设计非常重要。"
研究人员比较了用于储能技术的各种LT-AE，包括Li+/Na+/K+/H+/Zn2+-電池、超级电容器和流动電池技术。该研究整理了许多其他报告中有关各种LT-AEs性能的信息，例如用于Zn/MnO2水電池的防冻水凝胶电解质；以及用于Zn金属電池的乙二醇（EG）-H2O混合电解质。
他們系統地研究了這些報道的LT-AEs的平衡和非平衡相圖，以了解它們的防凍機制。相圖顯示了電解質相在不同溫度下的變化。該研究還考察了LT-AEs的導電性與溫度、電解質濃度和電荷載體的關系。
研究作者Lu預測，"理想的防凍水電解質不僅應該表現出低冰點溫度Tm，還應該擁有強大的過冷能力"，即液體電解質介質甚至在低于冰點溫度時仍保持液體狀態，從而實現超低溫下的離子傳輸。
研究作者发现，使電池能够在超低温下运行的LT-AEs大多表现出低冰点和强过冷能力。此外，"强大的过冷能力可以通过提高最小结晶时间t和增加电解质的玻璃化温度和冻结温度（Tg/Tm）的比率值来实现"。
通过降低发生离子转移所需的能量，调整电解质的浓度，以及选择某些能促进快速氧化還原反应速率的电荷载体，可以改善所报道的用于電池的LT-AE的电荷传导性。Lu说："降低扩散激活能，优化电解质浓度，选择具有低水合半径的电荷载体，以及设计协同扩散机制，将是改善LT-AEs离子传导性的有效策略。"
在未来，作者希望进一步研究有助于改善低温下水電池性能的电解质的物理化学特性。Lu说："我们希望通过设计具有低冰点温度、强过冷能力、高离子导电性和快速界面氧化還原動力學的水基电解质来开发高性能的低温水電池（LT-ABs）。"
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