鋰離子電池是目前主流的儲能技術，為從便攜式電子設備到電動汽車和可再生能源系統等各種設備提供動力。然而，市場對更高能量密度、更快充電速度和更長使用壽命的需求，使得電池技術必須持續創新。

據外媒報道，由東國大學（Dongguk University）Jae-Min Oh教授領導的研究人員與慶北國立大學Seung-Min Paek教授合作，通過納米級材料工程來應對上述挑戰。相關研究成果于2025年1月15日發表在期刊《Chemical Engineering Journal》上，重點研究了一種新型混合材料，旨在最大限度地發揮其各組分的協同效應。

圖片來源： 東國大學

這種創新復合材料是一種多級異質結構，結合了還原氧化石墨烯（rGO）和鎳鐵層狀雙氫氧化物（NiFe-LDH）。這種獨特的復合材料充分利用了其組分的特性：rGO為電子傳輸提供導電網絡，而鎳鐵氧化物組分則通過贗電容機制實現快速電荷存儲。這種創新設計的關鍵在于豐富的晶粒邊界，這有助于實現高效的電荷存儲。

為了獲得最終的復合材料，研究人員采用了一種逐層自組裝技術，以聚苯乙烯（PS）珠子為模板。首先，用GO和NiFe-LDH前驅體涂覆PS珠子。然后移除模板，留下一個空心球結構。

隨后，受控熱處理引發NiFe-LDH相變，形成納米晶態鎳鐵氧化物（NiFe?O?）和非晶態氧化鎳（a-NiO），同時將氧化石墨烯（GO）還原為還原氧化石墨烯（rGO）。該合成工藝形成了一種高度集成的混合復合材料（rGO/NiFe?O?/a-NiO），其導電性增強，使其成為高效的鋰離子電池陽極材料。這種中空結構可防止a-NiO/NiFe?O?納米顆粒與電解液直接接觸，從而提高穩定性。

隨后，研究人員采用X射線衍射和透射電子顯微鏡等先進表征技術來確認復合材料的形成。電化學測試表明，該材料作為鋰離子電池陽極材料具有卓越的性能。

該陽極在100 mA g-1電流密度下，經過580次循環后仍表現出1687.6 mAh g-1的高比容量，超越了傳統材料，凸顯了其卓越的循環穩定性。此外，該材料表現出良好的倍率性能，即使在顯著提高的充放電倍率下也能保持高容量。

Seung-Min Paek教授強調了這項研究的協作性：“這一突破得益于不同材料領域專家的密切合作。通過整合我們的優勢，我們能夠更有效地設計和優化這一混合系統?！?p>

Jae-Min Oh教授補充道：“我們預計，在不久的將來，儲能材料將不再僅僅改進單個組件，而是將多種相互作用的材料結合起來，產生協同效應，從而打造更高效、更可靠的儲能設備。這項研究為下一代電子設備更小、更輕、更高效的儲能技術開辟了道路。”

這項研發的目標是在5-10年內顯著改進電池性能（更長的使用壽命、更快的充電速度、更輕的重量），使設備用戶和可持續能源計劃都能從中受益。