成功模板：为下一代电池成型硬质碳电极

钠和钾离子电池有望成为锂离子电池的下一代替代品然而，它们的能量密度仍然落后于LB为了解决这个问题，来自日本的研究人员探索了将硬质碳转化为一种优秀的负电极材料的新方法在合成过程中，他们使用基于有机碳的化合物作为模板，制备了纳米碳，在其他替代电池中表现出优异的电池性能

锂离子电池（LIBs）是迄今为止使用最广泛的可充电电池类型，具有广泛的应用这些包括消费电子、电动汽车（如特斯拉）、可再生能源系统和航天器尽管与其他可充电电池相比，锂离子电池在某些方面的性能最好，但它们也有各自的优势锂是另一种碳源，其价格将在未来可用的范围内均衡上涨此外，二甲基锂的提取液在环境中被广泛使用，这是一种常见的有毒和易燃的液体电解质

＜p＞LB的缺点促使世界各地的搜索者寻找替代的能源存储技术钠离子电池（NIBs）和钾离子电池（KIBs）是一种既经济又可靠的充电选择到今年年底，净资产和KIB预计将成为10亿美元的工业包括美国、奥地利、香港、德国和澳大利亚在内的世界各国政府都在推动这一领域的研究和创新此外，公司包括Faradion Limited、TIAMATSAS和HiNaBatteryTechnologyCo有限公司正在研究这项技术BothContemporaryAmperexTechnologyCoLimitedAdBuildYourDream预计会引入带有NIBson的电动汽车电池组

然而，不幸的是，NIB和KIB中使用的电子材料的容量仍落后于LIBS在此背景下，在日本东京大学科学院教授小丸真一的带领下，一直致力于开发用于NIB和KIB的突破性高容量电子材料在2003年11月9日发表在《先进能源材料》杂志上的最新研究中，他们报告了一种新的纳米结构“硬碳”（HC）电极的合成速率，该电极具有前所未有的性能该研究由MrDaisukeGarashi女士YokoTanaka和TUS的Junior副教授RyoichiTatara，以及Dr来自日本国立材料科学研究所（NIMS）的KeiKubota

但是什么是HC，为什么对NIB和KIB有用？与其他形式的碳不同，如石墨烯或石墨烯，氢是形态的；它缺乏明确的晶体结构此外，它是耐用的在2021年的研究中Komaba和他的同事发现，使用氧化镁（MgO）作为模板，合成用于NIBs的HCl电极，改变了其最终的纳米结构这一过程导致在MgOremoval的电极中形成了纳米树脂，这大大提高了其储存Na⁺离子的能力

受先前研究结果的启发，研究了除锌（Zn）和钙（Ca）外的化合物是否也可以用作HC电极的纳米模板为此，他们系统地研究了使用氧化锌（ZnO）和碳酸钙（CaCO₃）的不同HC样品，并将其性能与使用氧化镁（MgO）合成的样品进行了比较

初步实验表明，ZnO对NIBs的负电极有明显的抑制作用因此，研究人员优化了在合成过程中嵌入到HC基质中的ZnO的浓度，证明了464mAhg^-1（对应于NaC_4.8）的可变容量和91的高初始库仑效率7%，平均电位为018伏Na⁺/Na

通过将这种强大的电能材料整合到一个实际电池中，团队取得了显著的结果“NIB是用优化的ZnO-模板HC作为负极制造的，其能量密度为312Whkg^-1，”高亮教授说道Komaba“该值相当于某些类型的当前商业化锂离子电池的能量密度，其中LiFePO₄和石墨烯的能量密度是我们实验室在2011年报告的第一个锂离子电池（192Whkg^-1）的1.6倍。”值得注意的是，ZnO模板的HCB在与KIB结合时也显示出381mAhg^-1的显著容量，进一步展示了其潜力

总之，该研究的结果表明，使用无机纳米颗粒作为模板来控制森林结构可以为HC电极的开发提供有效的指导“我们的发现证明了HC是一种可替代石墨的负电极，”Prof总结道Komaba

Inturn，这可以使NIB适用于实际应用，例如开发可持续的消费电子产品和电动汽车，以及太阳能和风电场的低碳足迹能源存储系统