雙連續(xù)電池電極：a） 圖示電池包含雙連續(xù)陰極。 b） 圖示電池電極的四個(gè)原電阻。c） 雙連續(xù)電極制造工藝。來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)
電池壽命和行駛里程是討論中常提及的兩個(gè)詞，說(shuō)明電動(dòng)汽車(chē)為什么還沒(méi)有走向主流應(yīng)用。司機(jī)仍然覺(jué)得棘手的是，想要進(jìn)行長(zhǎng)途旅行，所用電池只能行駛很少幾英里，然后又沒(méi)有時(shí)間找地方充電。電池研究的新進(jìn)展可能在某種程度上改善這種狀況。
伊利諾伊大學(xué)烏爾班那-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的研究人員正在訓(xùn)練觀察力，因?yàn)樗麄冋谧龅难芯?，可能?huì)影響電池設(shè)計(jì)。
保羅•布勞恩（Paul Braun）是材料科學(xué)與工程教授，他攜手研究生余新迪（Xindi Yu）和博士后研究員張惠剛（Huigang Zhang），設(shè)計(jì)出一種3-D納米結(jié)構(gòu)的電池陰極。結(jié)果是，這種電池可以迅速充放電，而不影響能源存儲(chǔ)容量。進(jìn)而談到車(chē)，這就意味著，這種電池充好電，只需要很少的時(shí)間，就像汽車(chē)在加油站加油一樣。同樣重要的是，這種快速充電和放電技術(shù)，不會(huì)減少電池容量。
布勞恩說(shuō)，司機(jī)如果五分鐘就可以充好電，那就會(huì)認(rèn)為去充電也一樣，就像他們看待內(nèi)燃機(jī)一樣。“你就會(huì)開(kāi)到一個(gè)充電站，充上電。”
這種電池看起來(lái)就像一塊普通電池，但不同之處在里面。布勞恩和他的小組用薄膜包裹3-D結(jié)構(gòu)，取得了高容量和大電流。電池電極充放電只需幾秒鐘，比同等散裝電極快10至100倍，它們?cè)谘菔局芯褪沁@樣，但是，可正常用于現(xiàn)有設(shè)備。除了用于車(chē)輛，這種快速充電電池設(shè)計(jì)也可用于醫(yī)療設(shè)備，激光和軍事領(lǐng)域。
伊利諾伊大學(xué)詳細(xì)描述了他們的工藝：他們首先是涂抹一個(gè)表面，采用的是微型小球，然后把它們緊緊塞進(jìn)一種晶格結(jié)構(gòu)。小球之間和周?chē)目臻g充滿(mǎn)金屬。熔化這些小球，就會(huì)形成一種海綿狀3-D框架。下一步是電解拋光，這個(gè)過(guò)程是要蝕刻掉這一框架的表面，放大孔穴，制成開(kāi)放框架。這一框架就被涂上一種薄膜狀活性材料。
“結(jié)果是一種雙連續(xù)電極結(jié)構(gòu)，具有很小的互連接，這樣，鋰離子可以快速移動(dòng)；薄膜狀活性物質(zhì)，使擴(kuò)散動(dòng)力可以很迅速；而金屬框架又具有良好的導(dǎo)電性。”
這個(gè)小組演示的，既有鎳氫電池（NiMH）也有鋰離子電池（Li-ion batteries），但布勞恩說(shuō)，任何電池材料，只要可以沉積在金屬框架上，就可以使用。
因此，布勞恩的研究不是集中推進(jìn)任何特定的電池產(chǎn)品。他說(shuō)：“這不涉及一種非常具體的電池類(lèi)型，但是，它更是一種新范式，就是研究電池時(shí)，要從三個(gè)維度提高性能。”這項(xiàng)工作的資金來(lái)自美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（U.S. Army Research Laboratory）和能源部。
今年早些時(shí)候，他們的論文《三維雙連續(xù)超快充放電散裝電池電極》（Three-dimensional bicontinuous ultrafast-charge and -discharge bulk battery electrodes）刊登在《自然•納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上。
