钠离子电池新突破：充电更快，有望接棒手机锂电池

12月18日消息，东京理科大学（TUS）于昨日（12月17日）发布研究论文，宣布其科研团队证实，钠离子电池（SIBs）在使用硬碳负极时，其充电速度在本质上可以超越锂电池（LIBs），有望成为智能手机电源的下一代解决方案。

智能手机电池技术多年来一直停滞不前，锂离子电池虽是主流，但行业始终在寻找替代方案。在 Shinichi Komaba 教授的带领下，东京理科大学科研团队证实了一个颠覆性结论：当采用硬碳（Hard Carbon, HC）作为负极材料时，钠离子电池（SIBs）的内在充电速率极限高于锂离子电池（LIBs）。

该研究成果已于2025年12月15日发表在化学领域顶刊《Chemical Science》上，明确指出钠离子电池不仅具备成本优势，更拥有卓越的快充性能。

科学界此前普遍认为硬碳具备快充潜力，但难以通过实验量化验证。主要原因在于传统测试中，高密度的复合电极结构会导致电解液中出现“离子拥堵”现象（即浓差过电位），从而掩盖了材料真实的反应速度。

研究团队为突破这一瓶颈，采用了创新的“稀释电极法”。该方法通过混合电化学非活性的氧化铝粉末和硬碳颗粒，人为拉大粒子间距。

稀释电极法在理解钠离子电池快速充电机制中的应用。展示了不同硬碳（红色）与氧化铝（绿色）比例的电极，其中氧化铝在电化学上是惰性的。使用比例较低的电极可以避免某些速率限制现象，从而使科学家能够更精确地测量硬碳中的离子动力学。图源：东京理科大学（TUS）

这一设计确保了每个硬碳颗粒周围都有充足的离子供应，成功消除了外部传输限制，从而能精准测量钠离子嵌入硬碳的真实动力学极限。

基于新方法，团队利用循环伏安法和电化学阻抗谱进行了深度分析。结果显示，虽然钠和锂在初始吸附阶段速度相当，但在决速步骤——即离子在硬碳纳米孔内聚集形成准金属团簇的“孔隙填充机制”中，钠离子的表现显著优于锂离子。

除速度优势外，钠离子电池在温度适应性方面也表现突出。测试数据显示，相比锂离子电池，钠离子电池能更有效地应对温度剧烈变化。

无论是在高温暴晒的车内，还是在严寒的户外环境，该电池技术都能保持相对一致且高效的充电体验，极大地提升了设备在极端环境下的可用性。

从经济角度来看，钠离子电池具备显著的量产优势。与价格昂贵且供应紧张的锂资源不同，钠资源在全球范围内储量丰富且极易获取。

这一特性将大幅降低电池的生产成本。对于消费者而言，这意味着未来不仅能获得续航更久、充电更快的手机，还可能不再需要为优质的电池体验支付高昂的溢价。

Komaba 教授强调，该研究定量证明了使用硬碳负极的钠离子电池在充电速度上可超越锂离子电池。这一发现为未来的电池设计指明了方向：通过优化硬碳材料以进一步加速“孔隙填充”过程，可制造出兼具低成本与超快充特性的下一代电池。

图源：东京理科大学（TUS）

尽管前景广阔，但该技术距离正式商用仍有距离。研究人员指出，目前的钠离子电池技术仍需在能量存储细节上进行优化，才能满足消费级设备的量产标准。

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