人類對電池的要求正在不斷的提升之中，目前使用的鋰電池相對來說無疑是最為高效的，不過科學家也一直在尋找新的替代品。雖然鋰離子電池使用起來比較高效，但它們的成本卻有些高。如何在普通材料和效率之間尋找到平衡點?

通過使用更便宜和更豐富的鈉資源，鈉離子電池有可能取代目前使用的鋰離子電池。這種資源在沙特阿拉伯有著特殊的潛力，在沙特鈉是容易獲得的，并且容易被提取作為水淡化的副產(chǎn)品，它還是該國飲用水的重要來源。

雖然鈉離子可能沒有鋰離子那么強大，但它們卻可以在數(shù)量和成本上取勝。通常用于鋰離子電池的陽極材料--石墨--同樣很便宜，但不幸的是它很難抓住比鋰離子大的鈉離子。過去，科學家通過碳化橡樹葉或在陽極填充皺巴巴的石墨烯球來解決這個問題。

然而普通的石墨，作為鋰離子電池中主要的負極材料，因為鈉離子比鋰離子大，所以難以儲存或嵌入鈉離子。硬碳是一種無序石墨，能儲存更多的鈉離子，從而增加電池容量。但目前的問題是制造硬碳需要1000°C的溫度。

由HusamAlshareef領(lǐng)導的KAUST團隊開發(fā)了一種利用簡單臺式激光器直接在銅收集器上制造三維硬碳而不需要過高溫度或附加涂覆步驟的方法。

銅表面聚合物涂層的激光處理制造制造氮摻雜的激光刻劃石墨烯（NLSG），用作鈉離子電池陽極。

該小組在銅上形成一種聚合物（含尿素聚酰亞胺）薄片，然后將該片材暴露于強激光下。通過在過程中引入氮氣，研究小組可以用氮原子取代一些碳原子，達到非常高的氮水平（13at%），這是其他技術(shù)無法達到的。因此，三維石墨烯更導電，具有更大的原子間距，并直接與銅集流體結(jié)合，消除了額外的處理步驟的需要。

“我們想找到一種不必過分加熱我們的樣品來制造三維硬碳的方法。這樣就可以在銅收集器上直接形成硬碳。”Alshareef's團隊的博士生FanZhang說。

KAUST研究人員用激光形成的陽極材料制造鈉離子電池。他們的裝置表現(xiàn)出的庫侖效率超過大多數(shù)報告中的碳質(zhì)陽極，如硬碳和軟碳，且鈉離子容量比鈉離子電池中大多數(shù)以前的碳陽極要更好。

“我喜歡從Alshareef教授的小組成員那里學習，尤其是FanZhang，他是我最親密的導師?！泵绹鳱orthCarolinaState大學現(xiàn)任本科生，KAUST天才學生計劃(KGSP)實習生EmanAlhajji說。明年秋天，Eman將作為博士生加入該團隊。

“Zhang和Alhajji在KAUST研究生和訪問KGSP的實習生之間創(chuàng)造了一個令人欽佩的合作范例。他們的工作為電池研究開辟了新的方向，可以擴展到其他儲能技術(shù)中。”Alshareef說。