日本研发硬碳电极可提高钠离子电池的容量使用

日本的科学家们展示了一种硬碳电极，可以大大提高钠离子电池的容量。随着对长期性能的进一步研究，这一发现可以使钠离子电池在能量密度上更好地与锂离子电池竞争。

钠离子电池是一种很有前途的储能技术，在固定储能领域已经看到了有限的商业化。而钠离子也吸引了研究人员的大量关注，因为它提供了一种替代锂离子电池的方法，而锂离子电池依靠的是更便宜、更丰富的材料。

在能量密度方面，钠离子技术要比锂电落后一些。这意味着它被广泛认为对于电动汽车或消费类电子产品等应用不切实际，因为在这些应用中，电池的尺寸和重量是首要考虑的问题。然而，东京理科大学（TOS）科学家的一项新发现可能会颠覆这一假设。

该大学的一个小组将目光投向了碳电极材料，以提高钠离子电池的容量，并开发出一种制造多孔硬碳阳极的技术。该技术在发表于《Angewandte Chemie》国际版的论文New hard－carbon anode material for sodium－ion batteries will solve the lithium conundrum中进行了描述。

该工艺的关键是使用氧化镁（MgO）作为孔隙大小和结构的“模板”。MgO颗粒形成碳基体，并在600摄氏度下进行预处理，然后在1500摄氏度下进行酸浸和碳化，完成这一过程。经过一系列优化MgO模板的实验，并计算出理想的制造条件，该课题组在第一个周期就能制造出容量为478毫安时／克、库仑比效率（电荷转移效率）为88％的硬碳。

TOS教授Shinichi Komaba指出，此前报道的这种材料的最高值是438毫安时／克，而这是在更高的温度下加工实现的。TOS提出的计算结果显示，利用这种阳极的钠离子电池的工作电压差将略低于今天的标准锂离子电池，但能量密度仍将实现约19％的增长（1600瓦时／千克，而1430瓦时）。

Komaba说：“我们的研究证明，实现高能钠离子电池是可能的，推翻了人们普遍认为锂离子电池具有更高的能量密度。我们开发的具有极高容量的硬碳，为设计新的储钠材料打开了一扇门。”

其他正在研究的电池概念承诺的能量密度远远超过TOS在这里取得的成就，目前还不清楚这种新概念还能挤出多少性能。然而，这项工作可能迫使研究人员再次思考钠离子电池的可能性。下一步将是评估这种方法的实用性，以及材料是否能在许多循环中保持稳定性，并达到至少与当今锂离子技术相当的寿命。

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