研究團隊發現金屬表面可成為離子傳輸的"高速公路"。

馬克斯·普朗克醫學研究所的科學家近日公布了一項具有里程碑意義的電池技術突破，該技術有望顯著提升電池的能量密度和功率性能。由所長約阿希姆·斯帕茨領銜的團隊發現，在電池電極中使用金屬絨作為接觸材料，不僅能大幅加速電荷傳輸，更可制造出比現行標準厚十倍的電極結構。

這項創新可使電池能量密度提升達85%，將對從電動汽車到便攜電子設備的多個行業產生深遠影響。

突破性發現：離子傳輸新機制

斯帕茨教授表示："這項發現建立在我們揭示的電極離子傳輸新機制之上。"傳統電池電極由儲存電荷的活性材料和傳輸電流的接觸材料（通常為銅箔或鋁箔）構成。然而，活性材料雖擅長儲電，卻存在離子傳導性差的固有缺陷。

研究人員在新聞稿中解釋道："這給電池制造商帶來了兩難選擇：要么制造厚電極以獲得高能量密度，但必須犧牲充放電速度；要么采用超薄電極確保快充性能，卻要承受能量密度下降的代價。"目前標準電極厚度約為0.1毫米。

海德堡團隊的研究表明，金屬表面可成為金屬離子的"高速公路"。他們發現鋰離子在銅表面會脫去分子外殼，形成被稱為亥姆霍茲層的電雙層結構。斯帕茨強調："通過特制測量裝置和理論計算，我們證實鋰離子在亥姆霍茲層的移動速度比在電解液中快56倍。"

創新電極設計與性能突破

研究人員將活性材料與由百分之一毫米級金屬絲編織的3D絨網結合，構建出三維電荷載體傳輸網絡。這種創新設計不僅實現了適合電動汽車快充需求的十倍厚電極，還將接觸金屬等非儲能材料用量減少約50%。與傳統箔式電極相比，能量密度實現了高達85%的顯著提升。

斯帕茨用自然界的三維血管網絡作類比指出："通過二維層狀結構供能的傳統方式效率低下，我們的技術目標正是構建能夠高效充放電的三維電荷載體傳輸網絡。"

生產成本顯著降低

除性能飛躍外，新型絨網電極在制造工藝方面也展現出顯著優勢。傳統工藝需要將活性材料薄層涂覆在金屬箔上，該過程不僅復雜，還涉及有毒溶劑。新技術則可采用粉末形式直接將活性材料填入絨網結構。

斯帕茨預估："通過干法填充工藝，我們有望節省30-40%的生產成本，生產設施占地面積也可減少三分之一。"他認為這項創新將顯著提升歐洲制造商在快速發展的電池技術領域的競爭力，并表示："借助這項技術，我們有機會實現與亞洲廠商的并跑甚至超越。"

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