盖世汽车讯 制造更高效、更耐用的锂离子电池一直是研究人员面临的挑战，因为增加电池的质量会限制电力和锂离子的移动速度。据外媒报道，为了克服这一挑战，横滨国立大学（Yokohama National University）研究小组在电池中添加了石墨烯介孔海绵，以提高其快速放电过程中的性能。研究结果表明，石墨烯介孔海绵在提高商用锂离子电池的能量和功率密度方面非常有效。

图片来源：期刊《Advanced Energy Materials》

相关研究成果于 2026 年 10 月 8 日发表在期刊《Advanced Energy Materials》。

活性物质越多，传输速度越慢

为了建设一个更清洁、更可持续的社会，科学家们正在努力开发更强大的锂离子电池。这些电池用于为从智能手机、笔记本电脑到电动汽车等各种设备供电。在目前商业化的锂离子电池中，正极限制了电池的能量密度。科学家们致力于创造高性能正极活性材料，以实现更高的电池能量密度。

科学家们探索了使用纯氧化镍作为高能锂离子电池的候选电极。然而，由于高电压对含镍材料施加压力，导致电池充电和放电变得更加困难，因此电池性能会下降。

为了实现更高的电池能量密度，科学家们正在研究如何增加电池中的活性材料，同时减少复合电极中不储存电力的部分，例如导电添加剂和聚合物粘合剂。但是，在电池电极中添加过多的活性材料，同时最大限度地减少导电添加剂和聚合物粘合剂的使用，会导致电池效率低下，电流无法自由流过材料。

横滨国立大学教授 Naoaki Yabuuchi 表示：“在高负载、密集排列的电极中实现高效的电子和离子传输仍然是高能量密度锂离子电池的主要挑战。”

多孔网络可提高电池性能

为了应对这一挑战，研究小组研究了三种不同的碳材料——乙炔黑、单壁碳纳米管和石墨烯中海绵——对这些材料作为电池应用中可能的导电添加剂进行了表征和比较。

他们发现石墨烯介孔海绵可以作为功能性导电添加剂，通过其海绵状介孔框架定制电极微观结构。通过添加少量石墨烯中海绵，研究小组观察到三维电子和离子传导网络的形成，这有助于提高电池效率。

石墨烯介孔海绵由于其多孔框架而提供了这种改进，它允许电解质深入进入电池存储能量的部分。Yabuuchi 表示：“多孔 GMS 结构形成了三维电子和离子传输网络，电解质保留在其介孔内，促进离子传输并产生卓越的倍率性能。”

该团队使用FIB-SEM断层扫描（一种3D成像技术）进一步证明石墨烯中海绵为电池电极形成了分布更均匀的内部结构。石墨烯中海绵具有三维海绵状纳米级结构，可以让电子在电池内更自由地移动。该团队认为使用石墨烯中海绵等功能性导电添加剂是在实际操作条件下最大化电池性能的一种有前景的策略。

Yabuuchi 表示：“我们的研究结果表明，石墨烯中海绵是一种变革性导电添加剂，可通过致密复合电极的合理微观结构设计，同时提高实际锂离子电池的能量和功率密度。”

该团队的研究结果表明，石墨烯介孔海绵是一种很有前景的高能高功率锂离子电池电极导电添加剂，他们的工作仍在继续。 Yabuuchi 表示：“我们的最终目标是利用石墨负极实现快速充电能力，从而开发出兼具高能量密度、高功率密度和快速充电能力的实用锂离子电池。”