萨尔布吕肯大学的研究团队将精细分散的氧化铁引入到萨尔茨堡大学迈克尔·埃尔塞瑟教授开发的微小高孔隙率空心碳球中，取得了非常令人瞩目的成果。
这些成果表明，利用易于获取且环境友好性更高的材料，可以显著提高存储容量。相关研究成果已发表在《材料化学》杂志上。
凡是去过奥地利萨尔茨堡的人，都知道莫扎特巧克力球（Mozartkugeln），这种著名的巧克力球内馅是杏仁蛋白软糖和牛轧糖。萨尔茨堡大学的研究人员开发了一种空心碳球，目前萨尔兰大学正在利用这种碳球推进锂离子电池技术的发展。这种被称为碳球凝胶的新型材料由直径约250纳米的纳米单元组成，具有较大的表面积和较高的电化学容量。
“我们的挑战在于如何利用化学合成方法，用合适的金属氧化物填充这些球体的内部空腔，” 材料科学家斯蒂芬妮·阿诺德解释道。在最初尝试使用二氧化钛后，发现其储存和释放锂离子的能力相对较低，于是研究团队将目光转向了氧化铁，也就是我们常说的铁锈。
“铁具有多项优势：它储量丰富，理论上具有很高的储能能力，而且易于回收利用，” 萨尔兰大学博士后研究员阿诺德说道，他与高能材料教席教授沃尔克·普雷瑟合作开展研究。萨尔茨堡大学的研究团队利用一种基于乳酸铁的可扩展合成方法，成功地将不同量的铁掺入空心球的碳结构中，从而生成了具有均匀分布铁纳米颗粒的坚固多孔网络。
“特别有趣的是，电池的储能容量——也就是每克活性电极材料可逆地储存和释放的电荷量——在使用过程中持续增加。电池使用得越多，性能就越好，” 阿诺德解释道。这是因为纳米颗粒中的金属铁必须先与氧气反应生成氧化铁。这种电化学活化过程并非瞬时完成，而是渐进的。大约需要300次充放电循环，才能使碳球中的所有空腔都被氧化铁填充，从而达到最大储能容量。
“氧化物电池”目前仍在研发中。
然而，在将其应用于工业规模之前，还需要进行进一步的研究。活化过程需要加速，以便电池在更短的时间内达到最大容量。此外，目前阳极使用的是填充氧化铁的碳球凝胶；但仍需开发合适的阴极才能获得完整的电池。
“我们相信，我们的方法将有助于开发用于可再生能源的环保型中间存储系统，” 萨尔布吕肯莱布尼茨新材料研究所 (INM) 能源材料研究部主任沃尔克·普雷瑟 (Volker Presser) 表示。这种新材料还将在钠离子电池中进行测试，中国汽车制造商已经在使用钠离子电池。“这些材料构成了一个多功能的技术平台，允许在单个合成步骤中将各种物质集成到球凝胶中，从而为众多技术应用开辟了机遇，”迈克尔·埃尔塞瑟 (Michael Elsaesser) 补充道。
新的回收方法和更可持续的能源供应。
作为EnFoSaar项目的一部分，Stefanie Arnold还在研究如何从电池中回收锂，以及如何设计未来的电池以便于工业规模的拆解。 “我们需要高效的回收方法和闭环材料系统，以最大限度地减少资源消耗，并减少电池供应链中的浪费，” Arnold说道。
EnFoSaar 是由萨尔州政府资助的一项大型项目，资金来自萨尔州转型基金，总额达 2300 万欧元。该项目的目标是开发创新的气候友好型能源供应方案，并通过创新、科学严谨且切实可行的方法，促进区域能源产业及相关科学领域的转型。.
原文标题：
铁负载碳球凝胶作为高性能锂离子电池的可持续电极材料
作者：Saeed Borhani、Le Thi Thao、Gregor A. Zickler、Antje Quade、Michael S. Elsaesser、Volker Presser、Stefanie Arnold
