在 2022 年 9 月 26 日發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上的一篇文章中，德州大學(xué)奧斯汀分校的一支研究團(tuán)隊(duì)，詳細(xì)介紹了《用于高密度厚電池電極的垂直組裝納米片網(wǎng)絡(luò)》。為了提升快充速度和增加續(xù)航里程，科學(xué)家們在實(shí)驗(yàn)中提出了一種很有前途的設(shè)計(jì)。突破的關(guān)鍵，在于運(yùn)用由垂直堆疊層組成的加厚電極，以更容易地傳輸鋰離子。

該校研究團(tuán)隊(duì)稱，這項(xiàng)工作旨在尋求可用于未來電動汽車的大功率儲能系統(tǒng)。不過使用非常精細(xì)的二維材料堆疊層來制成電池的電極，也有著一定的局限性。

更厚的垂直電極，意味著更高的儲能潛力，因?yàn)殇囯x子能夠覆蓋更多的面積。而水平排列的傳統(tǒng)電極材料層，會迫使鋰離子在進(jìn)出時來回彎曲，結(jié)果拖累了充電速度的提升。

研究作者 余桂華（9819）表示：

通常情況下，二維材料被視作高速儲能應(yīng)用的潛在候選材料，理由是它們只需幾納米厚、就可以快速傳輸電荷。然而基于厚電極設(shè)計(jì)的下一代高性能電池，會在將納米片重新堆疊為構(gòu)建模塊的時候，遇到電荷傳輸?shù)闹卮笃款i、使之難以兼顧高能和快速充電。

為了實(shí)現(xiàn)高能和快充，科學(xué)家們想出了一種將電極材料薄層組合到一起的新方法。

具體說來是，通過使用磁場來仔細(xì)操縱這些層的方向，將它們以垂直、而不是典型的方式來堆疊。如此一來，我們就營造出可讓鋰離子有效通過電極的高品質(zhì)傳輸路徑的效果。

研究合著者居征宇（1419）補(bǔ)充道：

“這種電極表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，部分原因是新設(shè)計(jì)的獨(dú)特架構(gòu)具有高機(jī)械強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、以及促進(jìn)鋰離子傳輸?shù)奶匦浴?。?shí)驗(yàn)室測試表明，其性能遠(yuǎn)超當(dāng)前的商用方案。與采用水平堆疊電極層的對照組相比，垂直堆疊方案能夠在 30 分鐘內(nèi)充入 50% 電池容量，遠(yuǎn)快于前者的 2 小時 30 分鐘。
盡管仍處于早期研發(fā)階段，但該校團(tuán)隊(duì)還是分享了其它文獻(xiàn)報道中提到的最佳容量參考數(shù)據(jù)，并堅(jiān)信他們的技術(shù)路線有望讓 EV 續(xù)航達(dá)到市售產(chǎn)品的兩倍。
不過在正式投入商用量產(chǎn)之前，他們?nèi)杂性S多工作要完成。比如目前 UT Austin 團(tuán)隊(duì)僅將該技術(shù)用到了單一類型的電池電極上，而想要證實(shí)這種“潛在通用方法”，顯然仍需進(jìn)一步的研究。

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