日本筑波大學(xué)材料科學(xué)研究所YusukeYamauchi及其同事研發(fā)了覆蓋有序介孔碳的氧化錫納米粒子（SnO2NPs），表面的理想碳框架介孔結(jié)構(gòu)一目了然，氧化錫納米粒子承受了高度負(fù)載（高達(dá)80wt％）均勻分布在基質(zhì)內(nèi)。

研究人員利用石墨烯結(jié)構(gòu)支撐氧化錫納米晶體，并找到了一種新的方法來(lái)改善鈉離子和鋰離子電池性能。

華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院助理教授Min-KyuSong在接受“R＆D雜志”采訪時(shí)表示，將氧化錫與石墨烯三維結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)足以提高這兩類型的電池性能。

“我們開(kāi)發(fā)出了雙功能材料，應(yīng)用在鋰離子和鈉離子電池中表現(xiàn)都，”Song說(shuō)。“兩者的化學(xué)性質(zhì)非常相似，但是鈉離子比鋰離子更大、更重。”

“一些通常對(duì)鋰離子有益的材料有時(shí)會(huì)對(duì)鈉離子造成不利影響，”他補(bǔ)充說(shuō)。“但氧化錫材料對(duì)這兩種離子都有好處。”

用這種新技術(shù)不僅可以證明鈉離子電池比鋰離子電池更廉價(jià)，更由于鋰被業(yè)界認(rèn)為是一種日益減少的稀缺資源，設(shè)法減少對(duì)鋰的開(kāi)采，也有助于解決物質(zhì)可持續(xù)性發(fā)展的問(wèn)題。

由于鋰離子電池可以在較小體積內(nèi)儲(chǔ)存大量能量，因此常用于微型便攜式電子產(chǎn)品以及小型電動(dòng)汽車。

鋰離子電池的電化學(xué)性能嚴(yán)重依賴于電極材料的性質(zhì)和特性。預(yù)期好的材料對(duì)具有高容量，良好的倍率性能，杰出的能量循環(huán)穩(wěn)定性、低成本、較高的安全性，同時(shí)對(duì)環(huán)境零污染。

鈉離子電池中的鈉離子在電池的陽(yáng)極和陰極之間不停有序運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生電力。雖然這種電池成本低，對(duì)大中型能源存儲(chǔ)設(shè)備公司具有很強(qiáng)的吸引力，但它們儲(chǔ)存的能量并不像鋰離子電池那么多。電池制造商又在探求僅用一種陽(yáng)極材料來(lái)生產(chǎn)鋰離子和鈉離子電池的技術(shù)。

添加氧化錫的電池陽(yáng)極具有儲(chǔ)存原先傳統(tǒng)電池幾乎三倍石墨能量的潛力。然而，氧化錫也有自己的缺點(diǎn)，雖然比較容易制造，但它經(jīng)常會(huì)由于很快磨損消耗而停止工作。

研究人員研究出了與三維石墨烯結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合的超細(xì)納米晶體二氧化錫，從而克服了這一障礙。這種混合材料結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、連接良好、表面多孔，更易充分接觸以致更好地傳輸電子和離子。

研究人員在測(cè)試納米晶體后發(fā)現(xiàn)，這種材料可以提高兩種電池的充電容量及其速率。

“我們使用電動(dòng)汽車需要更多的能量，因此必須使用鋰離子電池，”宋說(shuō)。“問(wèn)題在于鋰離子電池之前制造的成本太高。”

“制備鈉離子電池可以更便宜，但我們不想過(guò)多浪費(fèi)電池性能，”他補(bǔ)充說(shuō)。“我們要開(kāi)發(fā)出性能更好價(jià)格更便宜的電池。鈉離子電池的出現(xiàn)，替代鋰電池用在不同的生產(chǎn)領(lǐng)域，這樣我們就不需要像鋰離子電池一樣的高能量高密度的電池”。

宋說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)正在與更多基金資助機(jī)構(gòu)合作，有利于在大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)中上推行新技術(shù)。