電池是現(xiàn)代電子工具的重要部件，也是一大短板。它的主要缺陷是：不能像超級(jí)電容器那樣快速充電，性能會(huì)隨時(shí)間而降低。據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月9日?qǐng)?bào)道，現(xiàn)在，美國(guó)科學(xué)家研制出了擁有三維納米結(jié)構(gòu)電極的電池，充放電可在幾秒內(nèi)完成，而且快速充放電不會(huì)影響電池的能量密度。最新成果有望徹底改變電池的設(shè)計(jì)方法。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納—香檳分校材料科學(xué)和工程教授保爾-保恩同碩士生于新迪（音譯）、博士后研究員張惠剛（音譯）一起，將一個(gè)薄膜包裹成三維納米結(jié)構(gòu)的電極，讓其能獲得較大的有效容積和電流。演示結(jié)果表明，擁有這種電極的電池能在幾秒鐘內(nèi)快速地充電和放電，效率是塊狀電極電池的100倍。這意味著，當(dāng)將其用于電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)時(shí)，其充電所需的時(shí)間可能和在加油站加油一樣；更重要的是，快速充放電對(duì)電池的能量密度（在一定空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小，要解決的是電動(dòng)車(chē)充一次電能跑多遠(yuǎn)的問(wèn)題）毫無(wú)影響。

保恩表示：“這種能快速充放電的新電池除了能在汽車(chē)領(lǐng)域大展拳腳外，也可以用于醫(yī)藥設(shè)備、激光器內(nèi)和軍事領(lǐng)域。”

科學(xué)家們首先將細(xì)小的圓球涂在一個(gè)表面上，隨后將圓球緊緊包裹成一個(gè)網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，圓球之間的空隙和圓球四周都填滿(mǎn)金屬；接著將圓球熔化，得到一個(gè)類(lèi)似海綿的三維支架；然后用電解法對(duì)三維支架的表面進(jìn)行蝕刻，從而讓海綿結(jié)構(gòu)內(nèi)的微孔增大，制造出了一個(gè)開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)，最后再將活性物質(zhì)薄膜涂在該框架上。

研究人員指出：“結(jié)果，我們得到了一個(gè)性能優(yōu)異的電極結(jié)構(gòu)，其相互之間的聯(lián)系很少，因此鋰離子能快速移動(dòng)；活性物質(zhì)薄膜也使鋰離子能很快擴(kuò)散；同時(shí)，金屬材料讓其導(dǎo)電性更好。”

保恩說(shuō)：“最新研究與任何特定的電池類(lèi)型無(wú)關(guān)，而是一種新的電池設(shè)計(jì)范式用三維結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)電池的性能。”

這項(xiàng)研究獲得了美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)能源部的支持。

今年年初，張惠剛等人在《自然-納米技術(shù)》雜志上指出，他們研發(fā)出了一種讓電池快速充電的新方法，適用于鋰離子和鎳基電池。該方法著眼于減少離子到達(dá)電極間距離。結(jié)果顯示，以鎳氫電池為例，電極能在2.7秒內(nèi)充滿(mǎn)75%的電容量；20秒內(nèi)充到90%，這一速度經(jīng)過(guò)100次充放電循環(huán)后仍維持穩(wěn)定。一個(gè)全尺寸的鋰電池的電極能在1分鐘充到75%；2分鐘內(nèi)充到90%。