日本的科學(xué)家們展示了一種硬碳電極，可以大大提高鈉離子電池的容量。隨著對(duì)長(zhǎng)期性能的進(jìn)一步研究，這一發(fā)現(xiàn)可以使鈉離子電池在能量密度上更好地與鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)。

鈉離子電池是一種很有前途的儲(chǔ)能技術(shù)，在固定儲(chǔ)能領(lǐng)域已經(jīng)看到了有限的商業(yè)化。而鈉離子也吸引了研究人員的大量關(guān)注，因?yàn)樗峁┝艘环N替代鋰離子電池的方法，而鋰離子電池依靠的是更便宜、更豐富的材料。

在能量密度方面，鈉離子技術(shù)要比鋰電落后一些。這意味著它被廣泛認(rèn)為對(duì)于電動(dòng)汽車或消費(fèi)類電子產(chǎn)品等應(yīng)用不切實(shí)際，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，電池的尺寸和重量是首要考慮的問題。然而，東京理科大學(xué)（TOS）科學(xué)家的一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)顛覆這一假設(shè)。

該大學(xué)的一個(gè)小組將目光投向了碳電極材料，以提高鈉離子電池的容量，并開發(fā)出一種制造多孔硬碳陽極的技術(shù)。該技術(shù)在發(fā)表于《Angewandte Chemie》國(guó)際版的論文New hard－carbon anode material for sodium－ion batteries will solve the lithium conundrum中進(jìn)行了描述。

該工藝的關(guān)鍵是使用氧化鎂（MgO）作為孔隙大小和結(jié)構(gòu)的“模板”。MgO顆粒形成碳基體，并在600攝氏度下進(jìn)行預(yù)處理，然后在1500攝氏度下進(jìn)行酸浸和碳化，完成這一過程。經(jīng)過一系列優(yōu)化MgO模板的實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算出理想的制造條件，該課題組在第一個(gè)周期就能制造出容量為478毫安時(shí)／克、庫侖比效率（電荷轉(zhuǎn)移效率）為88％的硬碳。

TOS教授Shinichi Komaba指出，此前報(bào)道的這種材料的最高值是438毫安時(shí)／克，而這是在更高的溫度下加工實(shí)現(xiàn)的。TOS提出的計(jì)算結(jié)果顯示，利用這種陽極的鈉離子電池的工作電壓差將略低于今天的標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池，但能量密度仍將實(shí)現(xiàn)約19％的增長(zhǎng)（1600瓦時(shí)／千克，而1430瓦時(shí)）。

Komaba說：“我們的研究證明，實(shí)現(xiàn)高能鈉離子電池是可能的，推翻了人們普遍認(rèn)為鋰離子電池具有更高的能量密度。我們開發(fā)的具有極高容量的硬碳，為設(shè)計(jì)新的儲(chǔ)鈉材料打開了一扇門。”

其他正在研究的電池概念承諾的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TOS在這里取得的成就，目前還不清楚這種新概念還能擠出多少性能。然而，這項(xiàng)工作可能迫使研究人員再次思考鈉離子電池的可能性。下一步將是評(píng)估這種方法的實(shí)用性，以及材料是否能在許多循環(huán)中保持穩(wěn)定性，并達(dá)到至少與當(dāng)今鋰離子技術(shù)相當(dāng)?shù)膲勖?/p>

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