发展极端低温电池对于寒冷⽓候下⼈类的活动以及极寒条件下的太空探索和深海研究具有重要的意义。然⽽，低温下的电解液尤其是⽔系电解液存在着易冻结的问题，阻碍了电池在低温下应⽤。在H2O-solute相图中存在三类典型的温度参数：冰点(Tf)、共晶温度(Te)、玻璃化转变温度(Tg)。
传统的低温防冻电解液设计策略⼀般聚焦于调控电解液的Tf，然⽽Tf⽆法准确反映出电解液的防冻低温极限，仅通过调控Tf来设计防冻电解液，限制了⾼性能极端低温电池的开发。
近⽇，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼胡勇胜研究员、陆雅翔副研究员与中国科学院过程⼯程研究所赵君梅研究员和⾹港中⽂⼤学卢怡君教授合作，基于对H2O-solute相图的深⼊理解以及⼤量差示扫描量热数据的归纳总结，提出了极端低温电解液的新型设计策略，并实现了性能优异的极低温⽔系钠离⼦电池（能量密度可达80Wh/kg, 循环寿命可达5000周，运⾏温区为-85℃⾄25℃）。
该⼯作对极端低温电解液的设计具有重要指导作⽤。基于对H2O-solute相图的深⼊理解，发现Te决定了电解液的热⼒学防冻低温极限，⽽Tg则决定了电解液的动⼒学防冻低温极限，且只有在强过冷能⼒电解液体系中才能在Te和Tg之间保持⾜够⻓时间的过冷液态。因此，提出了设计低Te和强过冷能⼒的防冻电解液是实现极端低温电池的重要路径。
随后，基于对⼤量H2O-salt和H2O-solvent体系差示扫描量热数据的总结归纳以及多溶质体系往往⽐单溶质体系具有更低Te的共识，提出了设计极端低温⽔系电解液的通⽤策略：低Te和强过冷能⼒的防冻电解液可以通过引⼊具有⾼阳离⼦势的盐或者⾼溶剂给体数的共溶剂构建多溶质体系来实现。该策略是基于相图的普适性特点⽽提出的，因此预期在未来还可以应⽤于极端低温⾮⽔系电解液的设计。
以钠离⼦电池的低温⽔系电解液设计为例，通过引⼊⾼阳离⼦势的盐（⽐如Al3+, Ca2+）和⾼溶剂给体数溶剂（⽐如⼄⼆醇，即EG），设计了⼀系列钠基的极端低温防冻电解液并实现了极低的Te (-53.5℃⾄-72.6℃) 和Tg (-86.1℃⾄-117.1℃)。
基于设计的防冻电解液，组装的NaFeMnHCF/H50EG50-2m NaCF3SO3/NaTi2(PO4)3电池室温下能量密度80Wh/kg，8C倍率下循环5000周后容量保持率为70%，可以在-60℃⾄25℃之间正常⼯作，并在-70℃下点亮LED灯。