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為了提升充電速度并增加續(xù)航里程，德州大學(xué)奧斯汀分校的科學(xué)家們近期提出了一種很有前途的設(shè)計(jì)。據(jù)悉，這一突破的關(guān)鍵在于，利用由垂直堆疊層組成的加厚電極使鋰離子更易于移動(dòng)。

研究人員解釋稱，更厚的電極意味著更高的儲(chǔ)能潛力，因?yàn)殇囯x子能夠覆蓋更多的面積。而扁平的傳統(tǒng)電極材料層，會(huì)迫使鋰離子在進(jìn)出時(shí)來回彎曲，最終拖慢了充電的速度。

他們進(jìn)一步指出，這項(xiàng)工作旨在尋求可用于未來電動(dòng)汽車的大功率儲(chǔ)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。

該項(xiàng)研究論文的作者Guihua Yu說，“通常情況下，二維材料被視作高速儲(chǔ)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，對(duì)于基于厚電極設(shè)計(jì)的下一代高性能電池來說，納米片的重新堆疊可能會(huì)導(dǎo)致電荷傳輸?shù)闹卮笃款i，導(dǎo)致難以兼顧高能和快速充電?！?/p>

有鑒于此，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。具體而言，他們通過使用磁場(chǎng)仔細(xì)地操縱這些薄層的方向，將它們以垂直、而不是傳統(tǒng)方式來堆疊。如此一來，就創(chuàng)造出了可讓鋰離子更高效通過的“高品質(zhì)路徑”。

研究論文合著者Zhengyu Ju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??！?/p>

據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)的電極性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的電極。與采用水平堆疊電極層的對(duì)照組相比，垂直堆疊方案能夠在30分鐘內(nèi)充滿50%電池容量，遠(yuǎn)快于前者的2小時(shí)30分鐘。這項(xiàng)研究成果已于近期發(fā)表在了《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

盡管研發(fā)工作仍處于早期階段，但研究人員們?cè)郎y(cè)試結(jié)果稱，其厚電極提供了目前為止文獻(xiàn)報(bào)道中提到的最佳容量參考數(shù)據(jù)，他們堅(jiān)信其技術(shù)路線有望讓EV續(xù)航達(dá)到市售產(chǎn)品的兩倍。不過，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還有很多工作要做。

標(biāo)簽： 科學(xué)家們 研究人員 電極材料