用于钠离子电池的新型硬碳阳极材料将解决锂难题

具有成本效益的可充电电池实际上是所有便携式电子设备的核心，而便携式电子设备已在现代日常生活中无处不在。此外，可充电电池是许多环境友好型技术的重要组成部分，例如电动汽车和可再生能源的收集系统。它们还是各种医疗设备的关键推动力，并作为电子传感器和照相机的能源，促进了各个领域的研究。因此，在开发更好，更便宜的可充电电池上花费了很多精力也就不足为奇了。

到目前为止，可充电锂离子电池凭借其在容量，稳定性，价格和充电时间方面的出色表现，一直位居第一。但是，锂以及钴和铜之类的其他次要且昂贵的金属并不是地壳中含量最高的材料之一，它们不断增长的需求很快将导致世界各地的供应问题。在日本东京科学大学，Shinichi Komaba教授及其同事一直在努力寻找解决方案，方法是使用替代的，更丰富的材料开发可充电电池。

在Angewandte Chemie国际版上发表的最新研究中，研究小组发现了一种节能方法，可以生产用于钠离子电池的新型碳基材料。除了Komaba教授之外，研究小组还包括东京科学大学的Azusa Kamiyama女士和久保田圭副教授，日本国立材料科学研究所的Yong Youn博士和立山洋孝(Yoshitaka Tateyama)博士以及五头和马副教授来自日本冈山大学。该研究的重点是通过使用氧化镁(MgO)作为硬碳内部纳米孔的无机模板，来合成硬碳(一种高度多孔的材料，用作可再充电电池的负极)。

研究人员探索了一种不同的技术来混合MgO模板的成分，以便精确调整所得硬碳电极的纳米结构。经过多次实验和理论分析，他们阐明了生产478 mAh / g硬质碳的最佳制造条件和成分，这是此类材料中报道的最高值。Komaba教授指出：“直到现在，用于钠离子电池的碳基负极材料的容量大多在300至350 mAh / g左右。尽管据报道，其值接近438 mAh / g，但这些材料仍需要在高于1900°C的极高温度。相反，我们仅在1500°C(相对较低的温度)下进行了热处理。” 当然， 随之而来的是更低的能源消耗，这也意味着更低的成本和更少的环境影响。

这种新开发的硬碳电极材料的容量无疑是惊人的，并且大大超过了目前用作锂离子电池负极材料的石墨(372 mAh / g)的容量。此外，即使理论上带有该硬碳负极的钠离子电池在电压差上比标准锂离子电池低0.3伏，但前者的更高容量将导致更高的能量密度，重量(1600 Wh / kg对1430 Wh / kg)，导致能量密度增加+ 19%。

Komaba教授对结果感到兴奋，并着眼于未来，他说：“我们的研究证明，可以实现高能量的钠离子电池，这颠覆了人们普遍认为锂离子电池具有更高的能量密度的想法。我们开发的具有极高容量的硬质碳为新型储钠材料的设计打开了一扇门。”

需要进行进一步的研究，以验证所提议的材料在实际的钠离子电池中实际上具有更长的使用寿命，输入输出特性以及在低温下工作。运气好的话，我们可能即将见证下一代可充电电池!

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