科学探索|垂直层叠加厚电极方案有望兼顾电池容量和快充速度提升垂直层叠加厚电极方案有望兼

在 2022 年 9 月 26 日发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一篇文章中，德州大学奥斯汀分校的一支研究团队，详细介绍了《用于高密度厚电池电极的垂直组装纳米片网络》。为了提升快充速度和增加续航里程，科学家们在实验中提出了一种很有前途的设计。突破的关键，在于运用由垂直堆叠层组成的加厚电极，以更容易地传输锂离子。

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（图自：UT Texas）
该校研究团队称，这项工作旨在寻求可用于未来电动汽车的大功率储能系统。不过使用非常精细的二维材料堆叠层来制成电池的电极，也有着一定的局限性。
更厚的垂直电极，意味着更高的储能潜力，因为锂离子能够覆盖更多的面积。而水平排列的传统电极材料层，会迫使锂离子在进出时来回弯曲，结果拖累了充电速度的提升。
研究作者 Guihua Yu 表示：

通常情况下，二维材料被视作高速储能应用的潜在候选材料，理由是它们只需几纳米厚、就可以快速传输电荷。
然而基于厚电极设计的下一代高性能电池，会在将纳米片重新堆叠为构建模块的时候，遇到电荷传输的重大瓶颈、使之难以兼顾高能和快速充电。

为了实现高能和快充，科学家们想出了一种将电极材料薄层组合到一起的新方法。

具体说来是，通过使用磁场来仔细操纵这些层的方向，将它们以垂直、而不是典型的方式来堆叠。
如此一来，我们就营造出可让锂离子有效通过电极的高品质传输路径的效果。

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（来自：PNAS）
研究合著者 Zhengyu Ju 补充道：“这种电极表现出了优异的电化学性能，部分原因是新设计的独特架构具有高机械强度、高导电性、以及促进锂离子传输的特性” 。
实验室测试表明，其性能远超当前的商用方案。与采用水平堆叠电极层的对照组相比，垂直堆叠方案能够在 30 分钟内充入 50% 电池容量，远快于前者的 2 小时 30 分钟。
尽管仍处于早期研发阶段，但该校团队还是分享了其它文献报道中提到的最佳容量参考数据，并坚信他们的技术路线有望让 EV 续航达到市售产品的两倍。
【科学探索|垂直层叠加厚电极方案有望兼顾电池容量和快充速度提升】不过在正式投入商用量产之前，他们仍有许多工作要完成。比如目前 UT Taxes 团队仅将该技术用到了单一类型的电池电极上，而想要证实这种“潜在通用方法”，显然仍需进一步的研究。