近日，美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)研究人员开发出一种更轻、更经济的新型集电器，有望提升电动汽车电池性能，实现更长续航里程和极快充电速度。

增强美国交通运输业竞争力，关键在于开发能实现快速充电和长续航的国产电动汽车电池。然而，延长续航里程所需的能量密度常以牺牲充电速度和电池寿命为代价。

此次，ORNL研究人员通过集成新型集电器(电池关键部件)，成功制造出兼具卓越能量密度和持久极速充电能力的电池。该电池能在10分钟内恢复至少80%的电量。同时，通过减少金属用量，尤其是高需求的铜，此技术缓解了美国供应链压力。

首席研究员乔治奥斯·波利佐斯(Georgios Polyzos)称，这显著节省了近临界材料，所需铜和铝大幅减少，还大幅提高了10分钟充电实现的能量密度。

集电器负责将电池内活性物质的电流传导至外部电路，通常由金属箔制成，电极两端各一个，铜箔用于阳极，铝箔用于阴极。但这些金属箔会增加电池和汽车重量，进而增加驱动汽车所需能量。

此次的新型集电器由行业合作伙伴Soteria电池创新集团制造，是一种夹在极薄铜层或铝层之间的聚合物。ORNL研究人员发现，该新型组件可将集电器成本降低85%，为更长续航里程提供27%的额外能量，且经过一千次循环后仍能保持较高能量密度。其性能与传统集电器相当，但重量仅约为后者的四分之一，能使电动汽车在相同电量下行驶更远。

为确保该技术能扩大规模并实现商业化，ORNL研究人员在其开放式电池制造工厂中，采用行业标准工艺制造了纽扣电池和袋式电池。

波利佐斯表示，尽管较薄材料更易起皱，但团队找到了精确参数，成功将其融入卷对卷生产工艺。其他实验性集流体通常需昂贵且复杂的制造工艺，与标准卷对卷方法不兼容。

ORNL的研究结果发表在《能源与环境材料》杂志上，强调了金属聚合物集流体“彻底改变卷对卷电池制造工艺并显著提高电动汽车应用中锂离子电池性能指标”的潜力。

南卡罗来纳州Soteria公司首席执行官Brian Morin称，尽管塑料薄膜增加了物理阻力，但ORNL已帮助公司了解如何利用该技术实现电池快速充电。Soteria去除80%的金属后，快速处理难度增加，但ORNL证明仍可实现快速充放电。Soteria测试表明，这种聚合物还能提高电池安全性。若发生内部短路产生短暂能量冲击，它会腐蚀塑料薄膜，将金属拉走，集流体就像电池内部的断路器，可消除约90%由短路引起的锂离子电池起火。

金属化聚合物集流体研究由美国能源部先进材料与制造技术办公室(AMMTO)资助，参与该项目的其他ORNL研究人员包括Sergiy Kalnaus、Sabine Neumayer、Wheatley Steenman和Jaswinder Sharma。