電池是現代電子工具的重要部件，也是一大短板。它的重要缺陷是：不能像超級電容器那樣快速充電，性能會隨時間而降低。據報道，現在，美國科學家研制出了擁有三維納米結構電極的電池，充放電可在幾秒內完成，而且快速充放電不會影響電池的能量密度。最新成果有望徹底改變電池的設計方法。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校材料科學和工程教授保爾。保恩同碩士生于新迪、博士后研究員張惠剛一起，將一個薄膜包裹成三維納米結構的電極，讓其能獲得較大的有效容積和電流。演示結果表明，擁有這種電極的電池能在幾秒鐘內快速地充電和放電，效率是塊狀電極電池的100倍。這意味著，當將其用于電動汽車內時，其充電所需的時間可能和在加油站加油相同；更重要的是，快速充放電對電池的能量密度（在一定空間或質量物質中儲存能量的大小，要解決的是電動汽車充一次電能跑多遠的問題）毫無影響。

保恩表示：這種能快速充放電的新電池除了能在汽車領域大展拳腳外，也可以用于醫藥設備、激光器內和領域。

科學家們首先將細小的圓球涂在一個表面上，隨后將圓球緊緊包裹成一個網格狀的結構，圓球之間的空隙和圓球四周都填滿金屬；接著將圓球熔化，得到一個類似海綿的三維支架；然后用電解法對三維支架的表面進行蝕刻，從而讓海綿結構內的微孔增大，制造出了一個開放的框架結構，最后再將活性物質薄膜涂在該框架上。

研究人員指出：結果，我們得到了一個性能優異的電極結構，其相互之間的聯系很少，因此鋰離子能快速移動；活性物質薄膜也使鋰離子能很快擴散；同時，金屬材料讓其導電性更好。

保恩說：最新研究與任何特定的電池類型無關，而是一種新的電池設計范式–用三維結構來增強電池的性能。

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這項研究獲得了美國陸軍研究實驗室和美國能源部的支持。

今年年初，張惠剛等人在《自然。納米技術》雜志上指出，他們研發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電極間距離。結果顯示，以鎳氫電池為例，電極能在2.7秒內充滿75%的電容量；20秒內充到90%，這一速度經過100次充放電循環后仍維持穩定。一個全尺寸的鋰離子電池的電極能在1分鐘充到75%；2分鐘內充到90%。