隨著電動(dòng)車、大規(guī)模儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)τ阡囯姵匦枨罂焖僭鲩L。韓國的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種硬碳-錫做的復(fù)合陽極材料，適用于鋰電池和鈉電池。讓它們擁有快速充電、更高的穩(wěn)定充放電循環(huán)，與高能量密度的優(yōu)點(diǎn)，有望滿足當(dāng)今世界對于電池性能的要求。

　目前石墨是鋰電池中最常見的陽極材料，因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用。不過，石墨電極的實(shí)際電池容量要低于理論（372mAh/g），且在惡劣的充電條件下（例如低溫），整個(gè)的充電速度會(huì)出現(xiàn)快速下降的問題。

　此外，緩慢的電化學(xué)反應(yīng)容易導(dǎo)致鋰離子在石墨陽極上沉積，從而引發(fā)整個(gè)電極退化和損壞電池完整性，最終產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。目前世界多數(shù)使用鋰電池的產(chǎn)品，正面臨這種電池安全、低溫充電速度緩慢的問題。

　為了克服和改善傳統(tǒng)石墨陽極的問題。這次，韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)與韓國能源研究所的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合開發(fā)出一種將硬碳-錫結(jié)合的新型復(fù)合陽極材料，使鋰電池和鈉電池獲得快速充電、更多的快速循環(huán)充放電次數(shù)，與更高電池能量密度的能力。

　他們將石墨改成硬碳，硬碳是一種無序碳材料，擁有豐富的微孔和通道，有利于鋰離子、鈉離子在硬碳中快速擴(kuò)散，從而提高能量存儲、強(qiáng)化機(jī)械強(qiáng)度與提升電池的使用壽命和充電速率。

　他們還選用錫金屬，原因是錫顆粒越小越能有效減輕電池循環(huán)充放電過程中電極材料體積逐漸膨脹的問題。

　然而，實(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)加入錫金屬時(shí)帶來了另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。由于錫的低熔點(diǎn)（230°C）使其難以合成細(xì)小顆粒。幸運(yùn)的是，實(shí)驗(yàn)人員采用溶膠-凝膠工藝處理錫金屬，并分別通過500°C、700°C、900°C溫度熱還原錫，成功將10納米（nm）左右的錫顆粒均勻鑲嵌于硬碳基質(zhì)材料中。

　這種硬碳-錫復(fù)合陽極材料，不僅讓錫納米顆粒充分成為活性材料，還能在硬碳中起到催化其它金屬的作用。其核心在于錫氧鍵（Sn-O）在電化學(xué)循環(huán)過程中促進(jìn)錫與鋰、氧與鋰的氧化還原反應(yīng)，最終形成一個(gè)具有高度可逆性、高轉(zhuǎn)化效率的鋰電池。

　為了測試該電極在鋰電池中產(chǎn)生的作用，研究人員進(jìn)行了循環(huán)充放電測試。結(jié)果顯示，經(jīng)過700°C熱還原的硬碳-錫電極表現(xiàn)最佳，能讓整個(gè)鋰電池實(shí)行高電流快速充電，且在快速充放電1,500次后依然保持穩(wěn)定。此外，該電極的體積能量密度，是傳統(tǒng)石墨電極的1.5倍。

　另外，他們還將該電極應(yīng)用于鈉電池上進(jìn)行測試。結(jié)果顯示，鈉電池整體表現(xiàn)要略低于鋰電池，原因與鈉電池中的氧化鈉（Na2O）本身具有電化學(xué)不可逆性有關(guān)，但整體表現(xiàn)仍優(yōu)于傳統(tǒng)的鈉電池。

　這項(xiàng)鈉電池測試，是為了改善和檢驗(yàn)過去鈉離子與石墨、硅等傳統(tǒng)陽極材料，反應(yīng)性差的問題。

　這項(xiàng)研究結(jié)果于3月發(fā)布在《美國化學(xué)學(xué)會(huì)納米》雜志上，獲得了韓國貿(mào)易、工業(yè)和能源部以及科學(xué)和資訊通信技術(shù)部的資助。實(shí)驗(yàn)人員表示，這項(xiàng)研究成果代表這種高功率、高能量、長壽命的硬碳-錫電極可用于多種充電電池平臺，展現(xiàn)出下一代鋰電池和鈉電池的應(yīng)用潛力。

　韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)的樸秀珍教授對該校的新聞室表示，“這項(xiàng)研究代表了下一代高性能電池發(fā)展的新里程碑，有望應(yīng)用于電動(dòng)車、混合動(dòng)力系統(tǒng)和電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域。”

　韓國能源研究所的崔成浩博士則補(bǔ)充道，“這種陽極同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率、穩(wěn)定性和能量密度，并兼容可充電鈉電池系統(tǒng)，將為電池市場帶來巨大潛力?！?/p>