据外媒报道，随着从电动汽车到大型储能系统（ESS）等各个领域对超快速充电和高能量密度电池的需求不断增长，浦项科技大学（POSTECH）和韩国能源研究所（KIER）的联合研究团队开发出一种前景光明的下一代阳极材料，有望满足这些关键需求。这项研究发表在《ACS Nano》期刊上。

图片来源： 浦项科技大学

虽然石墨是锂离子电池（LIB）中最常见的阳极材料，具有坚固的结构稳定性，但其理论容量低、充放电速度慢等特点使其受到限制。为了克服这些局限性，研究人员提出了一种将硬碳与锡（Sn）相结合的新型电极设计。

硬碳是一种无序碳材料，具有丰富的微孔和通道，有利于锂离子和钠离子的快速扩散。这种结构兼具高储能和机械强度，使其成为高倍率和长寿命应用的理想选择。

然而，锡的加入也带来了另一个挑战。锡颗粒越小，循环过程中体积膨胀问题就越明显，从而提高了整体稳定性。然而，锡的熔点较低（约230°C），难以合成如此细小的颗粒。研究团队采用溶胶-凝胶法，然后进行热还原，成功地将均匀分布的亚10纳米锡纳米颗粒嵌入硬碳基质中。

由此产生的复合结构展现出超越简单物理混合的功能协同效应。锡纳米颗粒不仅充当活性材料，还能作为催化剂，促进周围硬碳的结晶。在电化学循环过程中，Sn-O键的可逆形成有助于通过转化反应提高电池容量。

该工程电极在锂离子电池中表现出优异的性能，在20分钟快速充电条件下可稳定运行超过1500次循环，同时体积能量密度比传统石墨阳极高出1.5倍。这一成果代表着高功率、高能量和长循环寿命在一个电极上的成功集成。

值得注意的是，该电极在钠离子电池（SIB）中也表现出优异的性能。钠离子通常与石墨或硅等传统阳极材料反应性较差。然而，这种坚硬的碳锡纳米复合结构在钠环境中保持了优异的稳定性和快速的动力学，凸显了其在多种电池平台上的多功能性。

浦项科技大学的Soojin Park教授表示：“这项研究代表了下一代高性能电池开发的新里程碑，并有望应用于电动汽车、混合动力系统和电网规模的储能系统。”

KIER的Gyujin Song博士补充道：“实现同时具有高功率、高稳定性和高能量密度，并与钠离子体系兼容的阳极，标志着可充电电池市场的一个转折点。”