手機(jī)鋰電池最有力接棒者，新研究證明鈉離子電池充電可以更快

12 月 18 日消息，東京理科大學(xué)（TUS）昨日（12 月 17 日）發(fā)布博文，宣布其科研團(tuán)隊(duì)證實(shí)，鈉離子電池（SIBs）在使用硬碳負(fù)極時(shí)，其充電速度在本質(zhì)上可超越鋰離子電池（LIBs），有望成為智能手機(jī)電源的下一代解決方案。

智能手機(jī)電池技術(shù)多年來(lái)一直停滯不前，鋰離子電池雖為主流，但行業(yè)始終在尋找替代方案。在 Shinichi Komaba 教授帶領(lǐng)下，東京理科大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)證實(shí)了一項(xiàng)顛覆性結(jié)論：在使用硬碳（Hard Carbon, HC）作為負(fù)極材料時(shí)，鈉離子電池（SIBs）的內(nèi)在充電速率極限高于鋰離子電池（LIBs）。

該研究成果已于 2025 年 12 月 15 日發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域頂刊《Chemical Science》上，明確指出鈉離子電池不僅具備成本優(yōu)勢(shì)，更擁有卓越的快充性能。

科研界此前普遍認(rèn)為硬碳具備快充潛力，但難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)量化驗(yàn)證。主要原因在于傳統(tǒng)測(cè)試中，高密度的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致電解液中出現(xiàn)“離子擁堵”（即濃度過(guò)電位），從而掩蓋了材料真實(shí)的反應(yīng)速度。

研究團(tuán)隊(duì)為突破這一瓶頸，采用了創(chuàng)新的“稀釋電極法”（Diluted Electrode Method）。該方法混合電化學(xué)非活性的氧化鋁粉末和硬碳顆粒，人為拉大粒子間距。

稀釋電極法在理解鈉離子電池快速充電機(jī)制中的應(yīng)用。展示了不同硬碳（紅色）與氧化鋁（綠色）比例的電極，其中氧化鋁在電化學(xué)上是惰性的。使用比例較低的電極可以避免某些速率限制現(xiàn)象，從而使科學(xué)家能夠更精確地測(cè)量硬碳中的離子動(dòng)力學(xué)。圖源：東京理科大學(xué)（TUS）

這一設(shè)計(jì)確保了每個(gè)硬碳顆粒周圍都有充足的離子供應(yīng)，成功消除了外部傳輸限制，從而能精準(zhǔn)測(cè)量鈉離子嵌入硬碳的真實(shí)動(dòng)力學(xué)極限。

基于新方法，團(tuán)隊(duì)利用循環(huán)伏安法和電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行了深度分析。結(jié)果顯示，雖然鈉和鋰在初始吸附階段速度相當(dāng)，但在決速步驟--即離子在硬碳納米孔內(nèi)聚集形成準(zhǔn)金屬團(tuán)簇的“孔隙填充機(jī)制”（Pore-filling mechanism）中，鈉離子的表現(xiàn)顯著優(yōu)于鋰離子。

除速度優(yōu)勢(shì)外，鈉離子電池在溫度適應(yīng)性方面也表現(xiàn)出眾。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，相比鋰離子電池，鈉離子電池能更有效地應(yīng)對(duì)溫度劇烈變化。

無(wú)論是在高溫暴曬的車內(nèi)，還是在嚴(yán)寒的戶外環(huán)境，該電池技術(shù)都能保持相對(duì)一致且高效的充電體驗(yàn)，極大地提升了設(shè)備在極端環(huán)境下的可用性。

從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，鈉離子電池具備顯著的量產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。與價(jià)格昂貴且供應(yīng)緊張的鋰資源不同，鈉資源在全球范圍內(nèi)儲(chǔ)量豐富且極易獲取。

這一特性將大幅降低電池的生產(chǎn)成本。對(duì)于消費(fèi)者而言，這意味著未來(lái)不僅能獲得續(xù)航更久、充電更快的手機(jī)，還可能不再需要為優(yōu)質(zhì)的電池體驗(yàn)支付高昂的溢價(jià)。

Komaba 教授強(qiáng)調(diào)，該研究定量證明了使用硬碳負(fù)極的鈉離子電池在充電速度上可超越鋰離子電池。這一發(fā)現(xiàn)為未來(lái)的電池設(shè)計(jì)指明了方向：通過(guò)優(yōu)化硬碳材料以進(jìn)一步加速“孔隙填充”過(guò)程，可制造出兼具低成本與超快充特性的下一代電池。

圖源：東京理科大學(xué)（TUS）

盡管前景廣闊，但該技術(shù)距離正式商用仍有距離。研究人員指出，目前的鈉離子電池技術(shù)仍需在能量存儲(chǔ)細(xì)節(jié)上進(jìn)行優(yōu)化，才能滿足消費(fèi)級(jí)設(shè)備的量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。