芝加哥大學乾電極突破　電動車快充有望追近加油速度

電動車普及速度取決於電池，而電瓶生產長期被「濕漿塗佈」瓶頸卡住——工序耗電、溶劑有毒，加厚電極還會龜裂。芝加哥大學普利茲克分子工程學院團隊在《Nature Energy》發表乾電極新結構，宣稱可同時提升能量密度與充電速度，並把製造碳足跡削減三成。若三年內順利試產，供應鏈或出現新一輪洗牌。

濕漿痛點：成本高、污染重、厚度受限

現行鋰離子電池電極先把活性材料、導電碳與黏合劑溶於NMP等溶劑，塗佈後再烘乾回收。單是乾燥與回收已佔電池製程三成能耗，加厚電極則因應力龜裂而報廢率上升。國際電池協會估算，溶劑相關工序貢獻整條產線逾30%碳排。

乾電極原理：零溶劑壓合成型

新方案直接把活性粉末、碳添加劑與PVDF纖維纖絲化，高壓滾壓成自支撐膜，再與鋁箔貼合。團隊發現，剪切過程讓碳與黏合劑形成滲濾網絡，導電度提升18%，並抑制高電壓下的裂紋擴展。實驗室級NMC811軟包電池循環1,000次後容量維持率仍達92%，對比濕漿樣本僅72%。

能量密度與快充雙收

去除溶劑後，電極可加厚至400µm而無龜裂，活性材料比例由94%提升至98%，推算電池包級能量密度增加10-12%。更厚電極意味相同容量所需箔材與分隔膜減少，成本再降8%。團隊同步優化孔隙曲率，把鋰離子有效擴散係數提高25%，4C快充循環500次後仍維持80%容量，相當於10-80%充電時間縮短至十分鐘，逼近燃油車加油體驗。

供應鏈震盪：亞洲主導格局或鬆動

現時全球動力電池七成產能集中在寧德時代 (Ticker: 300750, Exchange: 深圳證券交易所)、LG新能源 (Ticker: 373220, Exchange: 韓國交易所) 與松下 (Ticker: 6752, Exchange: 東京證券交易所) 手中，三者仍以濕漿為主。乾電極一旦量產，歐美新進者可繞開溶劑回收專利壁壘，縮短建廠週期12-15個月，並在碳關稅機制下取得綠色溢價。特斯拉內部已測試乾電極4680，但僅限負極；芝加哥大學方案把正極一併乾化，適用範圍更廣。

儲能市場外溢效應

溶劑成本佔儲能電池售價約5%，乾法可把整體成本再拉低6-8%，使LCOS跌破每度電0.05美元，加速家用光儲與工商備電滲透。研究團隊已與法國Saft合作，計劃2027年試行5MWh級儲能櫃，驗證循環壽命與熱管理表現。

商業化前的三道關卡

1. 均勻性：纖絲化過程對濕度與剪切速率極敏感，量產級雙螺桿擠出機需把溫度偏差控制在±1°C，否則導電網絡斷裂。
2. 黏合劑用量：PVDF比例降至1.5%後，極片脆性上升，卷繞時易出現微裂紋，需要添加離子導電聚合物增韌。
3. 供應鏈重置：現有塗佈廠投資動輒數億美元，設備折舊尚未完成，電池廠需評估改造成本與客戶驗證週期，預料全面轉換需五至七年。

時間表與香港角色

團隊已申請兩項PCT專利，計劃2026年建立公斤級試產線，2028年與車廠進行B樣測試，最快2030年搭載量產車型。香港未有電池巨廠，不過香港理工大學包括鄭子劍教授團隊，研發的「下一代動力儲能電池複合集流體」項目，以由碳納米管製成的超薄、超輕、柔韌且堅固的導電複合薄膜，以取代金屬材料複合集流體，亦可針對乾電極電池的特性，也就是高導電性和高壓穩定性：香港引進投資的優勢，上游由香港科技園引進乾法纖絲化設備，配合新集流體技術打造乾式電極電池的初創；下游則通過香港生產力局等的電池安全實驗室和CMA等認證機構，進行快充循環與針刺測試，縮短各地車廠認證時間和迭代，抓住乾電極切換窗口，香港有機會在「電池後段」檢測與認證環節搶佔一席。

乾電極已不是學術概念

乾電極已不是學術概念，如今在芝大實驗室證明能量密度、快充與環保三贏的路徑。下一步取決於產業鏈能否在一致性、脆性與資本沉沒成本之間找到平衡。對車企和投資者而言，三年後試產線將是技術分水嶺：香港如果能率先導入，就有機會在下一輪電動車價格戰中取得成本與碳排雙重優勢。

如欲進一步了解有關研究的詳細內容，歡迎瀏覽芝加哥大學網頁（https://pme.uchicago.edu/news/major-advance-dry-electrode-ev-batteries）。如本文與芝大網頁有任何歧義，煩請以芝大網頁內容為準。