普林斯顿大学的 Dinc? 小组宣布了一种令人兴奋的替代方法，它依靠一种有机高能阴极材料来制造钠离子电池，从而提高了该技术商业化的可能性，其组件更安全、更便宜、更可持续。 该研究成果发表在American Chemical Society上。 虽然科学家们在钠离子电池方面取得了一些进展，但主要由于其能量密度低而面临障碍： 与体积相比，它们的电池运行时间较短。 高功率密度与输出功率有关，也是影响其性能的因素之一。 同时实现高能量密度和高功率密度一直是替代电池面临的挑战，但 Dinc? 小组提出的阴极材料，一种名为双四氨基苯醌（TAQ）的层状有机固体，在能量密度和功率密度方面都优于传统的锂离子阴极，是一种真正可扩展的技术。
除了电动汽车之外，他们的研究还具有大规模储能应用的潜力，如数据中心、电网和商业规模的可再生能源系统。 Alexander Stewart 1886 化学系教授 Mircea Dinc? 说："每个人都明白，对于电池这样重要的东西来说，有限的资源会带来挑战，而锂在很多方面肯定是'有限'的。 钠实际上无处不在。 对我们来说，利用有机物和海水等真正丰富的资源制造电池，是我们最大的研究梦想之一。"能量密度是很多人关心的问题，因为你可以把它等同于电池中的电量。 能量密度越大，汽车在充电之前就能跑得越远。 我们已经给出了非常明确的答案，我们开发的新材料具有最大的能量密度，当然是以每公斤为单位，即使是以体积为单位，也能与目前最好的材料相媲美。"站在开发真正可持续的、具有成本效益的钠离子阴极或电池的前沿，确实令人兴奋"。
实验室一年前在 ACS Central Science 上首次报道了 TAQ 在制造锂离子电池方面的用途，强调了 TAQ 的优势。研究人员继续对其潜力进行了研究，尤其是当他们发现 TAQ 具有完全不溶性和高导电性这两项有机阴极材料的关键技术优势时。阴极是所有极化设备的重要组成部分。
于是，他们尝试使用同样的材料 TAQ 制造有机钠离子电池。这一过程耗时约一年，因为研究人员必须调整一些无法从锂离子技术中移植过来的设计原则。
最终，结果超出了他们的预期。他们的阴极性能接近理论最大容量的基准。
"我们选择的粘合剂--碳纳米管，促进了TAQ晶体和炭黑颗粒的混合，从而形成了一个均匀的电极，"Dinc?小组博士、论文第一作者陈天阳说。"碳纳米管紧紧包裹着TAQ晶体，并使它们相互连接。这两个因素都促进了电极体内部的电子传输，使活性材料的利用率几乎达到 100%，从而实现了几乎理论上的最大容量。
"碳纳米管的使用大大提高了电池的速率性能，这意味着电池可以在更短的时间内储存相同的能量。
原文链接: Tianyang Chen et al, High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.4c17713
