纳米电池由正负电极、电解质、聚合物隔离膜组成，纳米电池的负极材料是纳米化的天然石墨，纳米电池的正极是纳米化材料，采用由PP和PE复合的多层微孔膜作为隔离膜，并在电解质中加入导电的纳米碳纤维。电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，由纳米石墨组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

美国科学家研制出了拥有三维纳米结构电极的电池，充放电可在几秒内完成，而且快速充放电不会影响电池的能量密度。最新成果有望彻底改变电池的设计方法。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学和工程教授保尔-保恩同硕士生于新迪(音译)、博士后研究员张惠刚(音译)一起，将一个薄膜包裹成三维纳米结构的电极，让其能获得较大的有效容积和电流。演示结果表明，拥有这种电极的电池能在几秒钟内快速地充电和放电，效率是块状电极电池的100倍。这意味着，当将其用于电动汽车内时，其充电所需的时间可能和在加油站加油一样;更重要的是，快速充放电对电池的能量密度(在一定空间或质量物质中储存能量的大小，要解决的是电动车充一次电能跑多远的问题)毫无影响。

保恩表示:"这种能快速充放电的新电池除了能在汽车领域大展拳脚外，也可以用于医药设备、激光器内和军事领域。"

科学家们首先将细小的圆球涂在一个表面上，随后将圆球紧紧包裹成一个网格状的结构，圆球之间的空隙和圆球四周都填满金属;接着将圆球熔化，得到一个类似海绵的三维支架;然后用电解法对三维支架的表面进行蚀刻，从而让海绵结构内的微孔增大，制造出了一个开放的框架结构，最后再将活性物质薄膜涂在该框架上。

研究人员指出:"结果，我们得到了一个性能优异的电极结构，其相互之间的联系很少，因此锂离子能快速移动;活性物质薄膜也使锂离子能很快扩散;同时，金属材料让其导电性更好。"

保恩说:"最新研究与任何特定的电池类型无关，而是一种新的电池设计范式用三维结构来增强电池的性能。"

这项研究获得了美国陆军研究实验室和美国能源部的支持。

主要用于电动汽车，电动摩托车，电动助力车上。该种电池可充电循环1000次，连续使用达10年左右一次充电只需20分钟左右，平路行程达400km，重量在128kg，已经超越美日等国的电池汽车水平。它们生产的镍氢电池充电约需6-8小时平路行程300km。