盖世汽车讯 传统的锂离子电池含有镍、钴等有害物质，而且用于涂覆电极材料的溶剂也具有毒性。据外媒报道，德国萨尔大学（Saarland University）的材料科学家正在开发环保型替代方案，将精细分散的氧化铁引入由奥地利萨尔茨堡大学（University of Salzburg）Michael Elsaesser教授开发的微小、高孔隙率的空心碳球中，并取得了令人鼓舞的成果：利用易于获取且环保性更高的材料，实现了更高的存储容量。相关成果已发表于期刊《Chemistry of Materials》。

图片来源：萨尔大学

凡是去过奥地利萨尔茨堡的人，都会对莫扎特球（Mozartkugeln）——一种著名的巧克力包裹的杏仁糖和牛轧糖球——有所了解。而莫扎特球，正是萨尔茨堡大学研究人员研发的空心碳球的简单形象。如今，萨尔大学正利用这种碳球推进锂离子电池技术的发展。这种被称为碳球凝胶的新型材料是直径约250纳米的纳米级单元，具有很大的表面积和极高的电化学容量。

材料科学家Stefanie Arnold解释说：“我们面临的挑战是如何利用化学合成方法，用合适的金属氧化物填充这些球体内部的空腔。”在对二氧化钛进行一系列初步实验后（二氧化钛存储和释放锂离子的能力相对较低），研究团队将注意力转向了氧化铁，也就是通常所说的铁锈。

Stefanie Arnold同时也是萨尔大学博士后研究员，她与能源材料教授Volker Presser合作开展这项研究。Stefanie Arnold表示：“铁具有诸多优势：它储量丰富，理论上具有很高的存储容量，而且易于回收利用。”萨尔茨堡大学的研究团队利用一种基于乳酸铁的可扩展合成方法，成功地将不同量的铁掺入空心球的碳骨架中，从而制备出具有均匀分布铁纳米颗粒的坚固多孔网络。

图片来源：《Chemistry of Materials》

Stefanie Arnold表示：“特别有趣的是，电池的存储容量（即每克活性电极材料可逆地存储和释放的电荷量）在使用过程中持续增加。电池使用时间越长，性能越好。这是因为纳米颗粒中的金属铁元素首先必须与氧气反应生成氧化铁。嵌入碳球凝胶基质中的铁的电化学活化过程并非立即发生，而是逐步进行的。大约需要300次充放电循环，才能使碳球中的所有空腔都被氧化铁填充，从而达到最大存储容量。”

然而，在将该机制应用于工业规模之前，仍需进行进一步研究。活化过程需要更快，以便电池能够更快达到最大存储容量。此外，目前采用氧化铁填充的碳球凝胶被作为电池阳极，仍需开发合适的阴极才能获得完整的电池。

Volker Presser教授说：“我们相信，该方法将有助于开发用于可再生能源的环保型缓冲存储系统。”这种新材料还将用于钠离子电池的测试，中国汽车制造商已经在使用这种电池。

这些材料构成了一个多功能的技术平台，可以在一个合成步骤中将各种其他物质原位整合到球状凝胶中，从而为广泛的技术应用开辟了机会。