高成本效益的可充電電池幾乎是所有便攜式電子設(shè)備的核心部件，而此類電子設(shè)備在現(xiàn)代日常生活中隨處可見。此外，可充電電池還是電動汽車以及可再生能源系統(tǒng)的必備部件，也是各種醫(yī)療設(shè)備的支持者，并且作為電子傳感器和攝像頭的能源，促進(jìn)了各領(lǐng)域的研發(fā)工作。因此，很多人都在投入大量的精力研發(fā)更好、更便宜的可充電電池。

硬碳電極材料容量更高意味著，與鋰離子電池相比，鈉離子電池的重量能量密度增加了 19% （圖片來源：日本理科大學(xué)）

截至目前，可充電電池因在容量、穩(wěn)定性、價格和充電時間等方面擁有良好的性能，一直是市場中的首選電源。不過，鋰以及鈷和銅等稀有且昂貴的金屬并不是地殼中儲量最豐富的材料，對此類材料需求的不斷增長也很快在全球范圍內(nèi)導(dǎo)致了供應(yīng)問題。

據(jù)外媒報道，日本東京理工大學(xué)（Tokyo University of Science）的Shinichi Komaba教授與同事一直致力于找到解決方案，尋求利用儲量豐富的替代材料研發(fā)可充電電池，從而解決這一日益惡化的難題。

最近，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種高效的方法，可為鈉離子電池生產(chǎn)新型碳基材料。該團(tuán)隊以氧化鎂（MgO）作為硬碳（hard carbon）內(nèi)部納米孔的無機(jī)模板，重點研究了作為可充電電池負(fù)極的高孔材料硬碳的合成。

研究人員探索了一種不同的技術(shù)混合該氧化鎂模板的成分，以精確地調(diào)整硬碳電極的納米結(jié)構(gòu)。在經(jīng)過多次實驗和理論分析之后，研究人員闡明了最佳制造條件和成分，以生產(chǎn)此種容量達(dá) 478 mAh/g的硬碳，這也是此種材料的容量達(dá)到了有史以來的最高水平。

Komaba教授表示：“截至目前，用于鈉離子電池的碳基負(fù)極電極的容量一般約為300至350 mAh/g，雖然曾經(jīng)有報道表示可達(dá)到438 mAh/g，但是必須在1900℃以上的高溫下進(jìn)行熱處理才可實現(xiàn)。相比之下，我們采用的熱處理溫度只為1500°C，相對較低?！睖囟仍降停芎囊簿驮降?，成本也越低，對環(huán)境造成的影響也會越小。

新研發(fā)出的硬碳電極材料的容量十分驚人，甚至超越了鋰離子電池常用負(fù)極電極材料——石墨（372 mAh/g）的容量。此外，盡管配備了此種硬碳負(fù)電極的鈉離子電池的運行電壓理論上為0.3V，低于標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池，但是容量更高會實現(xiàn)更大的重量能量密度（1600 Wh/kg與1430 Wh/kg），即能量密度提升了19%。

未來，研究人員還需要進(jìn)一步研究以驗證該材料應(yīng)用于真正的鈉離子電池時，是否具有優(yōu)越的收入、能量輸入輸出功能以及低溫運行功能。如果夠幸運，可能會見證到下一代可充電電池的誕生。