印度、澳大利亚和英国的研究机构近期合作，利用一项已有270年历史的物理学效应——莱顿弗罗斯特效应，在钠离子电池阴极内部构建了一条原子高速公路，显著提升了电池性能。

这项研究由印度博帕尔科学教育与研究所（IISER）和印度理工学院甘地纳格尔分校（IITGN）的研究人员，与澳大利亚南昆士兰大学和英国斯旺西大学的团队共同开展。他们开发了一种新型阴极材料，能够实现快速、重复的钠离子运动，同时保持结构稳定。

向清洁能源经济的转型依赖锂离子电池存储可再生能源，但锂的提取过程复杂且成本高，环境压力大。相比之下，钠储量丰富且廉价，但钠离子体积较大，容易堵塞阴极，导致电池性能下降。因此，寻找合适的阴极材料成为关键挑战。

研究人员使用Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)，一种铁基磷酸盐-焦磷酸盐混合物，构建阴极，其自然形成稳定的三维隧道状结构，促进钠离子流动。然而，纯铁基材料存在导电性和能量承载问题。为此，团队在混合物中添加了铟，仅用铟替换1%的铁原子，就增加了原子间距，使钠离子更容易流动，提高了导电性。

“我们决定构建合适的阴极基础设施，一条原子高速公路，这样钠离子就能快速通过！”参与这项工作的IISER博帕尔分校博士生Subhajit Singha解释道。

除了材料改进，研究人员还优化了制造工艺，应用莱顿弗罗斯特效应。这一效应由德国医生约翰·戈特洛布·莱顿弗罗斯特在270年前发现，指水滴在过热表面滑行形成蒸气层。团队将阴极材料喷涂到金属表面，触发瞬间蒸发，生成多孔颗粒粉末，类似海绵吸收电解液，实现更顺畅的钠离子转移。

这种方法避免了传统熔炉的使用，使制造过程更环保，并确保阴极晶体结构在数千次循环中保持完好。相比之下，标准锂离子电池通常只能持续几百次循环。

“优化后的阴极材料展示了约359 Wh kg-1的高能量密度，以及超过10,000次充放电循环的显著耐用性和稳定性能，”IITGN副教授Raghavan Ranganathan在新闻稿中表示。

研究成果已发表在《Small》期刊上，为大规模储能基础设施的发展提供了新思路，有望利用廉价钠材料降低电池成本，推动绿色能源应用。