水系铜金属电池因其低成本、高安全性和环境友好性被认为是大规模储能体系中很有前途的候选者。然而，目前常用的CuSO₄电解质主要用于构建室温铜金属电池，这是因为其固有的低溶解度和高凝固点严重限制了铜金属在低温电池上的发展。迄今为止，还未见关于铜金属电池低温适应性的报道。

受质子在低温下快速扩散的动力学和金属铜良好的耐酸性的启发，在铜金属电池的构造中采用酸性电解质可能是实现超低温铜金属电池的理想选择。但这一策略存在一个很大的挑战是如何满足CuSO₄电解质与相应质子酸的溶解度相容性。为了克服这一挑战，就需要开发新的铜盐电解质来替代CuSO₄。

近日，哈尔滨工业大学（深圳）邓先宇教授课题组发现Cu(BF₄)₂电解质不仅具有溶解度优势，而且因BF₄^2-水解具有自发质子的典型特征，这使其能够破坏水分子间氢键结构，成为有效的水系电解质。基于此构建的铜金属电池在-50 °C表现出1万次的超长循环寿命，同时其在-70 °C下也能正常运行。

该工作通过光谱表征和电化学测试研究了一系列水系电解质的低温电化学行为。得益于自发质子加速的离子传输动力学和消除的固有酸性电解质对金属的热力学不稳定性优势，使得Cu(BF₄)₂电解质在超低温适应性和热力学稳定性方面表现突出。这种优异的电解质赋予了聚苯胺/铜电池在-30 °C下高达10 A g^-1的充电/放电能力，21秒的超短充电时间，~70 mAh g^-1的放电比容量，以及可与超级电容器相媲美的~3000 W kg^-1的功率密度。构建的Cu/Cu对称电池在-50 °C下实现了长达 960小时的高度可逆的沉积/剥离行为，且没有产生枝晶和副产物。此外，全电池在-50 °C表现出超过1万次的循环寿命和接近100%的库仑效率。更重要的是，该全电池在-70 °C时仍具有~40 mAh g^-1的比容量。

本研究说明了自发质子化学在实现抗冻水系铜金属电池中的关键作用，并为超低温储能电池提供了一种有前途的策略。