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木虫 (小有名气)

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[交流] 3D结构带来电池设计新转折已有1人参与

双连续电极结构具有很小的互连接，锂离子可以快速移动，薄膜状活性物质可以迅速扩散动力，而金属框架又具有良好的导电性。

双连续电池电极：a）图示电池包含双连续阴极。 b）图示电池电极的四个原电阻。c）双连续电极制造工艺。来源：伊利诺伊大学

电池寿命和行驶里程是常挂在嘴边的两个词，因为讨论的是电动汽车为什么还没有走向主流应用。司机仍然觉得棘手的是，想要进行长途旅行，所用电池只能行驶很少几英里，然后又没有时间找地方充电。电池研究的新进展可能在某种程度上改善这种状况。

伊利诺伊大学乌尔班那-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的研究人员正在训练观察力，因为他们正在做的研究，可能会影响电池设计。

保罗•布劳恩（Paul Braun）是材料科学与工程教授，他携手研究生余新迪（Xindi Yu）和博士后研究员张惠刚（Huigang Zhang），设计出一种3-D纳米结构的电池阴极。结果是，这种电池可以迅速充放电，而不影响能源存储容量。进而谈到车，这就意味着，这种电池充好电，只需要很少的时间，就像汽车在加油站加油一样。同样重要的是，这种快速充电和放电技术，不会减少电池容量。

布劳恩说，司机如果五分钟就可以充好电，那就会认为去充电也一样，就像他们看待内燃机一样。“你就会开到一个充电站，充上电。”

这种电池看起来就像一块普通电池，但不同之处在里面。布劳恩和他的小组用薄膜包裹3-D结构，取得了高容量和大电流。电池电极充放电只需几秒钟，比同等散装电极快10至100倍，它们在演示中就是这样，但是，可正常用于现有设备。除了用于车辆，这种快速充电电池设计也可用于医疗设备，激光和军事领域。

伊利诺伊大学详细描述了他们的工艺：他们首先是涂抹一个表面，采用的是微型小球，然后把它们紧紧塞进一种晶格结构。小球之间和周围的空间充满金属。熔化这些小球，就会形成一种海绵状3-D框架。下一步是电解抛光，这个过程是要蚀刻掉这一框架的表面，放大孔穴，制成开放框架。这一框架就被涂上一种薄膜状活性材料。

“结果是一种双连续电极结构，具有很小的互连接，这样，锂离子可以快速移动；薄膜状活性物质，使扩散动力可以很迅速；而金属框架又具有良好的导电性。”

这个小组演示的，既有镍氢电池（NiMH）也有锂离子电池（Li-ion batteries），但布劳恩说，任何电池材料，只要可以沉积在金属框架上，就可以使用。

因此，布劳恩的研究不是集中推进任何特定的电池产品。他说：“这不涉及一种非常具体的电池类型，但是，它更是一种新范式，就是研究电池时，要从三个维度提高性能。”这项工作的资金来自美国陆军研究实验室（U.S. Army Research Laboratory）和能源部。

今年早些时候，他们的论文《三维双连续超快充放电散装电池电极》（Three-dimensional bicontinuous ultrafast-charge and -discharge bulk battery electrodes）刊登在《自然•纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。

我这里下载不到原文，哪位可以下载的麻烦上传上来，谢谢

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