20秒快充 三维纳米电池引发电动汽车革命

电池是现代电子工具的重要部件，也是一大短板。它的重要缺陷是：不能像超级电容器那样快速充电，性能会随时间而降低。据报道，现在，美国科学家研制出了拥有三维纳米结构电极的电池，充放电可在几秒内完成，而且快速充放电不会影响电池的能量密度。最新成果有望彻底改变电池的设计方法。伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校材料科学和工程教授保尔-保恩同硕士生于新迪(音译)、博士后研究员张惠刚(音译)一起，将一个薄膜包裹成三维纳米结构的电极，让其能获得较大的有效容积和电流。演示结果表明，拥有这种电极的电池能在几秒钟内快速地充电和放电，效率是块状电极电池的100倍。这意味着，当将其用于电动汽车内时，其充电所需的时间可能和在加油站加油相同;更重要的是，快速充放电对电池的能量密度(在一定空间或质量物质中储存能量的大小，要解决的是电动汽车充一次电能跑多远的问题)毫无影响。

保恩表示：这种能快速充放电的新电池除了能在汽车领域大展拳脚外，也可以用于医药设备、激光器内和领域。

科学家们首先将细小的圆球涂在一个表面上，随后将圆球紧紧包裹成一个网格状的结构，圆球之间的空隙和圆球四周都填满金属;接着将圆球熔化，得到一个类似海绵的三维支架;然后用电解法对三维支架的表面进行蚀刻，从而让海绵结构内的微孔增大，制造出了一个开放的框架结构，最后再将活性物质薄膜涂在该框架上。

研究人员指出：结果，我们得到了一个性能优异的电极结构，其相互之间的联系很少，因此锂离子能快速移动;活性物质薄膜也使锂离子能很快扩散;同时，金属材料让其导电性更好。

保恩说：最新研究与任何特定的电池类型无关，而是一种新的电池设计范式用三维结构来增强电池的性能。

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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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这项研究获得了美国陆军研究实验室和美国能源部的支持。

今年年初，张惠刚等人在《自然-纳米技术》杂志上指出，他们研发出了一种让电池快速充电的新方法，适用于锂离子和镍基电池。该方法着眼于减少离子到达电极间距离。结果显示，以镍氢电池为例，电极能在2.7秒内充满75%的电容量;20秒内充到90%，这一速度经过100次充放电循环后仍维持稳定。一个全尺寸的锂离子电池的电极能在1分钟充到75%;2分钟内充到90%。