在2022 年9 月26 日發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的一篇文章中，德州大學奧斯汀分校的一支研究團隊，詳細介紹了《用於高密度厚電池電極的垂直組裝納米片網絡》。為了提升快充速度和增加續航里程，科學家們在實驗中提出了一種很有前途的設計。突破的關鍵，在於運用由垂直堆疊層組成的加厚電極，以更容易地傳輸鋰離子。

（圖自：UT Texas）

該校研究團隊稱，這項工作旨在尋求可用於未來電動汽車的大功率儲能係統。不過使用非常精細的二維材料堆疊層來製成電池的電極，也有著一定的局限性。

更厚的垂直電極，意味著更高的儲能潛力，因為鋰離子能夠覆蓋更多的面積。而水平排列的傳統電極材料層，會迫使鋰離子在進出時來回彎曲，結果拖累了充電速度的提升。

研究作者Guihua Yu 表示：

通常情況下，二維材料被視作高速儲能應用的潛在候選材料，理由是它們只需幾納米厚、就可以快速傳輸電荷。

然而基於厚電極設計的下一代高性能電池，會在將納米片重新堆疊為構建模塊的時候，遇到電荷傳輸的重大瓶頸、使之難以兼顧高能和快速充電。

為了實現高能和快充，科學家們想出了一種將電極材料薄層組合到一起的新方法。

具體說來是，通過使用磁場來仔細操縱這些層的方向，將它們以垂直、而不是典型的方式來堆疊。

如此一來，我們就營造出可讓鋰離子有效通過電極的高品質傳輸路徑的效果。

（來自：PNAS）

研究合著者Zhengyu Ju 補充道：“這種電極表現出了優異的電化學性能，部分原因是新設計的獨特架構具有高機械強度、高導電性、以及促進鋰離子傳輸的特性”。

實驗室測試表明，其性能遠超當前的商用方案。與採用水平堆疊電極層的對照組相比，垂直堆疊方案能夠在30 分鐘內充入50% 電池容量，遠快於前者的2 小時30 分鐘。

儘管仍處於早期研發階段，但該校團隊還是分享了其它文獻報導中提到的最佳容量參考數據，並堅信他們的技術路線有望讓EV 續航達到市售產品的兩倍。

不過在正式投入商用量產之前，他們仍有許多工作要完成。比如目前UT Taxes 團隊僅將該技術用到了單一類型的電池電極上，而想要證實這種“潛在通用方法”，顯然仍需進一步的研究。