手機鋰電池最有力接棒者，新研究證明鈉離子電池充電可以更快

12 月 18 日消息，東京理科大學（TUS）昨日（12 月 17 日）發(fā)布博文，宣布其科研團隊證實，鈉離子電池（SIBs）在使用硬碳負極時，其充電速度在本質上可超越鋰離子電池（LIBs），有望成為智能手機電源的下一代解決方案。

智能手機電池技術多年來一直停滯不前，鋰離子電池雖為主流，但行業(yè)始終在尋找替代方案。在 Shinichi Komaba 教授帶領下，東京理科大學科研團隊證實了一項顛覆性結論：在使用硬碳（Hard Carbon, HC）作為負極材料時，鈉離子電池（SIBs）的內在充電速率極限高于鋰離子電池（LIBs）。

該研究成果已于 2025 年 12 月 15 日發(fā)表在化學領域頂刊《Chemical Science》上，明確指出鈉離子電池不僅具備成本優(yōu)勢，更擁有卓越的快充性能。

科研界此前普遍認為硬碳具備快充潛力，但難以通過實驗量化驗證。主要原因在于傳統(tǒng)測試中，高密度的復合電極結構會導致電解液中出現“離子擁堵”（即濃度過電位），從而掩蓋了材料真實的反應速度。

研究團隊為突破這一瓶頸，采用了創(chuàng)新的“稀釋電極法”（Diluted Electrode Method）。該方法混合電化學非活性的氧化鋁粉末和硬碳顆粒，人為拉大粒子間距。

稀釋電極法在理解鈉離子電池快速充電機制中的應用。展示了不同硬碳（紅色）與氧化鋁（綠色）比例的電極，其中氧化鋁在電化學上是惰性的。使用比例較低的電極可以避免某些速率限制現象，從而使科學家能夠更精確地測量硬碳中的離子動力學。圖源：東京理科大學（TUS）

這一設計確保了每個硬碳顆粒周圍都有充足的離子供應，成功消除了外部傳輸限制，從而能精準測量鈉離子嵌入硬碳的真實動力學極限。

基于新方法，團隊利用循環(huán)伏安法和電化學阻抗譜進行了深度分析。結果顯示，雖然鈉和鋰在初始吸附階段速度相當，但在決速步驟--即離子在硬碳納米孔內聚集形成準金屬團簇的“孔隙填充機制”（Pore-filling mechanism）中，鈉離子的表現顯著優(yōu)于鋰離子。

除速度優(yōu)勢外，鈉離子電池在溫度適應性方面也表現出眾。測試數據顯示，相比鋰離子電池，鈉離子電池能更有效地應對溫度劇烈變化。

無論是在高溫暴曬的車內，還是在嚴寒的戶外環(huán)境，該電池技術都能保持相對一致且高效的充電體驗，極大地提升了設備在極端環(huán)境下的可用性。

從經濟角度來看，鈉離子電池具備顯著的量產優(yōu)勢。與價格昂貴且供應緊張的鋰資源不同，鈉資源在全球范圍內儲量豐富且極易獲取。

這一特性將大幅降低電池的生產成本。對于消費者而言，這意味著未來不僅能獲得續(xù)航更久、充電更快的手機，還可能不再需要為優(yōu)質的電池體驗支付高昂的溢價。

Komaba 教授強調，該研究定量證明了使用硬碳負極的鈉離子電池在充電速度上可超越鋰離子電池。這一發(fā)現為未來的電池設計指明了方向：通過優(yōu)化硬碳材料以進一步加速“孔隙填充”過程，可制造出兼具低成本與超快充特性的下一代電池。

圖源：東京理科大學（TUS）

盡管前景廣闊，但該技術距離正式商用仍有距離。研究人員指出，目前的鈉離子電池技術仍需在能量存儲細節(jié)上進行優(yōu)化，才能滿足消費級設備的量產標準。