钠离子电池快充技术实现突破：性能直逼锂离子

科学家称，在钠离子电池替代品实现快充突破后，"高风险"的锂离子电池时日无多。研究人员表示，一种创新的电池材料方法可使钠离子电池的能量密度和充电速度大幅逼近锂离子电池。

科学家指出，与传统的锂离子电池相比，新研发的钠离子电池能实现更快的充电速度、更高的能量密度以及安全性的提升。东京科学大学的研究人员使用一种新型碳基电解质，改善了钠离子电池的能量密度和充电速度。钠离子电池是当下主流设备中锂离子电池的替代选择。

科学家一直在研究钠离子电池作为锂离子电池的替代品，因为它稳定性更高、成本更低，但一些瓶颈和限制阻碍了这项技术的发展。

所有电池都包含阳极和阴极，这是决定电流如何进出设备的两个电极。在锂离子电池中，阴极主要由石墨制成，因为石墨是储存锂离子的优良材料，锂离子可以在之后放电。但是钠离子电池使用的是硬碳，这是一种由数千个"无序堆叠基本结构单元"组成的多孔材料，本质上是一种复杂的晶体结构，善于储存钠离子。理论上，这是一种充电速度非常快的材料。

然而，此前对硬碳的研究发现很难证明这种理论充电速度在实践中可行，因为高速进入致密电解液的离子会遇到类似交通堵塞的减速过程。但发表在《化学科学》杂志上的一项新研究中，科学家们开始着手克服这一障碍。

研究人员将小浓度的硬碳与化学惰性材料氧化铝结合成复合电极。这使得离子能够自由地流入硬碳颗粒，没有"交通"问题。克服了这个问题后，研究人员随后证明，钠离子进入硬碳的速度与锂离子在锂离子电池中进入石墨的速度相近。

研究人员还发现，整个过程的瓶颈在于离子填充硬碳内部"孔洞"的速度，"孔洞"指的是离子在硬碳表面纳米级孔洞内部形成准金属团簇的过程。通过仔细分析，研究人员发现钠离子形成这些团簇所需的能量较少。这一发现表明，在适当的条件下，钠离子电池可以实现比锂离子电池更快的充电速度。

东京科学大学应用化学系教授、研究报告主要作者驹场慎一在一份声明中解释道："为可快速充电的钠离子电池研发改进型硬碳材料的一个关键点是要实现更快的孔洞填充动力学过程，以便能够在高充电率下进入孔洞。此外，我们的结果表明，考虑到钠离子嵌入的活化能比锂离子嵌入更小，钠离子的嵌入对温度的敏感度更低。"

在现实世界中，这项成果可能有助于钠离子电池在需要极高充电或放电速度的应用中更广泛地被采用。例如，电网规模的电池储能系统将受益于按需快速放电的能力。对于大规模用于储存可再生能源所产生电力的电池来说，保持稳定性也至关重要。

正如伊斯兰科技大学、爱达荷州立大学和滑铁卢大学的研究人员在2025年的一项研究中所指出的，钠离子电池比锂离子电池更安全。这是因为它们所含的稳定钠离子不易发生链式反应，而锂离子电池在受损时则会因链式反应而燃烧甚至爆炸。英国国家消防局局长委员会表示，使用锂离子电池的储能系统存在"重大的火灾风险"，特别是因为一旦着火，这些电池不容易被扑灭。

导致锂离子电池起火的自持过程——热失控，甚至可以在没有氧气的情况下自行持续。英国安全委员会指出，锂离子电池在某些电动汽车中着火后可能会燃烧数小时甚至数天。

如果大规模生产，像研究中测试的那样的钠离子电池可以完全避免这些风险。驹场慎一在声明中说："我们的结果定量地证明，使用硬碳阳极的钠离子电池的充电速度可以达到比锂离子电池更快的速率。"