日本研发硬碳电极材料制高容量钠离子电池 能量密度比锂电池高19%

硬碳电极材料容量更高意味着，和锂电池相比，钠离子电池的重量能量密度新增了19%（：日本理科大学）

高成本效益的可充电电池几乎是所有便携式电子设备的核心部件，而此类电子设备在现代日常生活中随处可见。此外，可充电电池还是电动汽车以及可再生能源系统的必备部件，也是各种医疗设备的支持者，并且作为电子传感器和摄像头的能源，促进了各领域的研发工作。因此，很多人都在投入大量的精力研发更好、更便宜的可充电电池。

截至目前，可充电电池因在容量、稳定性、价格和充电时间等方面拥有良好的性能，一直是市场中的首选电源。不过，锂以及钴和铜等稀有且昂贵的金属并不是地壳中储量最丰富的材料，对此类材料需求的不断上升也很快在全球范围内导致了供应问题。

据外媒报道，日本东京理工大学（TokyoUniversityofScience）的ShinichiKomaba教授和同事一直致力于找到解决方法，寻求利用储量丰富的替代材料研发可充电电池，从而解决这一日益恶化的难题。

最近，该团队发现了一种高效的方法，可为钠离子电池生产新型碳基材料。该团队以氧化镁（MgO）作为硬碳（hardcarbon）内部纳米孔的无机模板，重点研究了作为可充电电池负极的高孔材料硬碳的合成。

研究人员探索了一种不同的技术混合该氧化镁模板的成分，以精确地调整硬碳电极的纳米结构。在经过多次实验和理论分析之后，研究人员阐明了最佳制造条件和成分，以生产此种容量达478mAh/g的硬碳，这也是此种材料的容量达到了有史以来的最高水平。

Komaba教授表示：截至目前，用于钠离子电池的碳基负极电极的容量一般约为300至350mAh/g，虽然曾经有报道表示可达到438mAh/g，但是必须在1900℃以上的高温下进行热处理才可实现。相比之下，我们采用的热处理温度只为1500C，相对较低。温度越低，能耗也就越低，成本也越低，对环境造成的影响也会越小。

新研发出的硬碳电极材料的容量十分惊人，甚至超越了锂电池常用负极电极材料石墨（372mAh/g）的容量。此外，尽管配备了此种硬碳负电极的钠离子电池的运行电压理论上为0.3V，低于标准锂电池，但是容量更高会实现更大的重量能量密度（1600Wh/kg和1430Wh/kg），即能量密度提升了19%。

未来，研究人员还要进一步研究以验证该材料应用于真正的钠离子电池时，是否具有优越的收入、能量输入输出功能以及低温运行功能。假如够幸运，可能会见证到下一代可充电电池的诞生。