德国萨尔大学与奥地利萨尔茨堡大学的科研人员合作，开发出一种新型锂离子电池阳极材料，将氧化铁（铁锈的主要成分）嵌入微观多孔空心碳结构中，以提升电池性能。这项研究旨在为传统锂离子电池提供更环保的替代方案，后者通常依赖镍和钴等材料，这些材料存在毒性、高成本和火灾风险等问题。

研究团队受到奥地利甜点莫扎特球的启发，开发出纳米尺寸的碳球凝胶。萨尔大学团队通过化学合成方法，将精细分散的氧化铁填充到这些碳球的空腔内。每个单元的直径约为250纳米，具有较大的表面积和较强的电化学容量。研究人员采用基于乳酸铁的可扩展合成工艺，将金属铁纳米颗粒引入碳框架中。

“铁在全球储量丰富，理论上能提供高存储容量，并且易于回收，”萨尔大学材料科学家Stefanie Arnold博士表示。实验形成了坚固的多孔网络，铁纳米颗粒在其中均匀分布。“特别有趣的是，存储容量在电池使用过程中持续增加，”她补充道。

Arnold解释说，电池性能随使用时间提升，是因为纳米颗粒中的金属铁需要逐步与氧气反应形成氧化铁。“嵌入碳球凝胶基质中的铁的电化学活化过程是逐步进行的，大约需要300次充放电循环，直到所有空腔被氧化铁填满，达到最大存储容量。”

目前，填充氧化铁的球凝胶仅作为阳极材料进行了演示，仍需配对合适的阴极以构建完整电池单元。萨尔大学能源材料教授Volker Presser博士指出：“我们相信，这一方法将促进可再生能源环保缓冲存储系统的发展。”该材料也将针对钠离子电池进行测试，相同的合成工艺可调整以容纳其他功能材料，为先进能源存储提供更广阔的平台。

“这些材料形成了一个多功能技术平台，允许在单一合成步骤中将多种其他物质原位整合到球凝胶中，为广泛的技术应用开辟了机会，”萨尔茨堡大学副教授Michael Elsaesser博士总结道。该研究成果已发表在《化学材料》杂志上。