如今，鋰離子電池(LIB)是最廣泛使用的電化學(xué)電源，其應(yīng)用范圍廣泛，從手機(jī)(數(shù)瓦時)到發(fā)電廠的緩沖系統(tǒng)(數(shù)百萬瓦時)。對LIB的需求和存儲設(shè)備的平均大小在不斷增長，但是這種增長趨勢遇到了多個障礙，例如鋰鹽成本高，全球鋰儲量有限以及各國之間含鋰礦床分布不均。為了克服這些障礙，包括俄羅斯在內(nèi)的世界各地的科學(xué)家正在研究SIB，這是一種可能會挑戰(zhàn)LIB和廣泛使用的鉛酸電池的替代技術(shù)。

鈉是地殼中第六種最常見的元素。與鋰相比，它的鹽便宜約100倍。盡管在化學(xué)性質(zhì)上與鋰相似，但鈉還有其他區(qū)別，需要在SIB設(shè)計中采用新方法。電池由三個主要部分組成：陰極，陽極和電解質(zhì)。有各種各樣的成分和結(jié)構(gòu)適用于SIB陰極或電解質(zhì)，而陽極仍然是絆腳石。在LIB中成功使用的石墨不適用于SIB，因為碳的大小六邊形和鈉陽離子相差太大，無法提供嵌入。硬碳似乎是實際上可以在陽極中使用的唯一材料。由不規(guī)則排列的扭曲的類石墨層形成的硬碳具有與LIB中的石墨相當(dāng)?shù)拟c離子存儲性能，但是仍然不清楚原因和發(fā)生方式。

“關(guān)于如何將鈉引入硬碳中有幾種假設(shè)。在我們的研究中，我們驗證了其中的一種并對其進(jìn)行了稍微擴(kuò)展。我們發(fā)現(xiàn)硬碳表現(xiàn)出插層型行為以累積大部分電荷，這是一個好消息。插入正是電池所需的，而與“假電容”相關(guān)的表面過程則是超級電容器的責(zé)任，超級電容器在化學(xué)動力源中形成了非常狹窄的位置。有趣的是，我們的日本同事和研究主管為我們的主要研究人員和MSU Ph博士生Zoya Bobyleva在一開始就持有完全不同的看法。他是SIB和硬質(zhì)碳的世界頂級專家之一，我們很難說服他說對了，但是我們做到了!” 奧列格·德羅日任(Oleg Drozhzhin)說，

去年，三位科學(xué)家因“開發(fā)鋰離子電池”而獲得了諾貝爾化學(xué)獎。其中一位獲獎?wù)邞?yīng)歸功于硬碳，硬碳是一種陽極材料，大約在三十年前賦予了LIB技術(shù)以生命，后來被石墨代替?，F(xiàn)在，硬碳可以再次產(chǎn)生一種新技術(shù)。

“這項工作不僅在展示硬碳在鈉離子系統(tǒng)中的工作原理方面，而且在找到一種生產(chǎn)與LIB中的石墨相當(dāng)?shù)娜萘砍^300 mAh / g的硬碳的方法方面，都非常出色。新方法需要大量的艱辛工作，而這些工作通常仍在幕后，而且?guī)缀鯖]有在科學(xué)論文中報道，因此對我們來說，顯示最終結(jié)果很重要：我們成功地為SIB制作了優(yōu)質(zhì)陽極材料，我們知道它們的工作原理”，Skoltech教授兼MSU化學(xué)學(xué)院電化學(xué)系主任Evgeny Antipov說道。