德國研究人員最近揭示了一種低成本的陽極，初始效率達到 82%，可能顯著提升鈉離子電池（SIBs）的性能。這項新技術由聯邦材料研究與測試院（BAM）的科學家們開發，該核心-殼陽極結合了高效能與高儲存容量。BAM 的能源材料專家 Tim-Patrick Fellinger 博士表示，使用單一材料的鈉離子電池無法實現大儲存容量和高效的薄膜形成。
這種陽極能夠減少在首次充電週期中大幅的能量損失，這是鈉離子電池的一大缺點。其設計的初始效率比未塗層陽極高出四倍。鈉離子電池被廣泛認為是鋰離子電池（LIBs）的有前途替代方案，特別適合大規模能源儲存。鈉的成本約為鋰的 50 分之一，且提取過程對環境的損害較小。鈉也比鋰更為豐富且環保。
儘管鋰離子電池的效率通常超過 90%，鈉離子電池卻難以接近這一水平，原因在於在首次充電過程中會發生不可逆的儲存容量損失。這種損失是由陽極與電解液之間的化學反應引起的，電解液是電池中的導電液體，這一損失在電池投入使用之前就已發生。在這一過程中，電解液分子在硬碳陽極上分解，並滲透其孔隙，佔據原本用於儲存鈉離子的空間。
這一過程直到在陽極上形成穩定的保護膜時才會停止。儘管這層薄薄的保護膜能夠阻止進一步的損害，但它消耗了鈉離子，從而永久減少了電池的可用能量。鋰離子電池則因為密集的石墨陽極而避免了這一問題，而鈉則無法在石墨中儲存。
為了解決這一挑戰，德國研究人員創造了一種核心-殼陽極，將能量儲存與保護膜形成分開。這種陽極的核心是海綿狀的硬碳，具有高儲存容量，並被一層超薄外層覆蓋，該層起到分子過濾的作用。Fellinger 強調，鈉離子電池無法在一種材料上實現高容量和高效薄膜形成，因為適合儲存的材料在薄膜形成過程中更易造成損失。
新殼層允許鈉離子自由通過，同時阻擋較大的電解液分子，避免不必要的副反應。這樣，保護膜以控制的方式在殼層上形成，而不是深入多孔的核心內部，從而保留陽極的儲存容量，幫助電池在多次充電循環中保持性能。在實驗室測試中，這種陽極的首次循環效率達到了 82%，而未塗層的硬碳陽極僅為 18%。
這種形成過程的分離，使得透過各自材料的發展，同時改善效率和儲存容量成為可能。參與該項目的研究人員 Paul Appel 指出，大多數電池的進展都集中在陰極材料上，而這些材料接近其理論極限。相對而言，陽極材料的上限仍然不確定，未來的材料發展創新將如何推進仍需進一步探索。BAM、赫爾姆霍茨中心柏林和柏林洪堡大學的研究人員將在柏林電池實驗室進一步開發這種陽極材料。該研究已發表在《應用化學》（Angewandte Chemie）期刊中。
