锂离子电池是目前主流的储能技术，为从便携式电子设备到电动汽车和可再生能源系统等各种设备提供动力。然而，市场对更高能量密度、更快充电速度和更长使用寿命的需求，使得电池技术必须持续创新。

据外媒报道，由东国大学（Dongguk University）Jae-Min Oh教授领导的研究人员与庆北国立大学Seung-Min Paek教授合作，通过纳米级材料工程来应对上述挑战。相关研究成果于2025年1月15日发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上，重点研究了一种新型混合材料，旨在最大限度地发挥其各组分的协同效应。

图片来源： 东国大学

这种创新复合材料是一种多级异质结构，结合了还原氧化石墨烯（rGO）和镍铁层状双氢氧化物（NiFe-LDH）。这种独特的复合材料充分利用了其组分的特性：rGO为电子传输提供导电网络，而镍铁氧化物组分则通过赝电容机制实现快速电荷存储。这种创新设计的关键在于丰富的晶粒边界，这有助于实现高效的电荷存储。

为了获得最终的复合材料，研究人员采用了一种逐层自组装技术，以聚苯乙烯（PS）珠子为模板。首先，用GO和NiFe-LDH前驱体涂覆PS珠子。然后移除模板，留下一个空心球结构。

随后，受控热处理引发NiFe-LDH相变，形成纳米晶态镍铁氧化物（NiFe₂O₄）和非晶态氧化镍（a-NiO），同时将氧化石墨烯（GO）还原为还原氧化石墨烯（rGO）。该合成工艺形成了一种高度集成的混合复合材料（rGO/NiFe₂O₄/a-NiO），其导电性增强，使其成为高效的锂离子电池阳极材料。这种中空结构可防止a-NiO/NiFe₂O₄纳米颗粒与电解液直接接触，从而提高稳定性。

随后，研究人员采用X射线衍射和透射电子显微镜等先进表征技术来确认复合材料的形成。电化学测试表明，该材料作为锂离子电池阳极材料具有卓越的性能。

该阳极在100 mA g-1电流密度下，经过580次循环后仍表现出1687.6 mAh g-1的高比容量，超越了传统材料，凸显了其卓越的循环稳定性。此外，该材料表现出良好的倍率性能，即使在显著提高的充放电倍率下也能保持高容量。

Seung-Min Paek教授强调了这项研究的协作性：“这一突破得益于不同材料领域专家的密切合作。通过整合我们的优势，我们能够更有效地设计和优化这一混合系统。”

Jae-Min Oh教授补充道：“我们预计，在不久的将来，储能材料将不再仅仅改进单个组件，而是将多种相互作用的材料结合起来，产生协同效应，从而打造更高效、更可靠的储能设备。这项研究为下一代电子设备更小、更轻、更高效的储能技术开辟了道路。”

这项研发的目标是在5-10年内显著改进电池性能（更长的使用寿命、更快的充电速度、更轻的重量），使设备用户和可持续能源计划都能从中受益。