近日，日本 NIMS 与东洋炭素（Toyo Tanso）合作打破了外界对锂空气电池“停留在实验室”的刻板印象——其开发的碳电极可使 1Wh 级堆叠式锂空气电池稳定运行，同时实现更高的输出、更长的寿命和可扩展性。多孔碳结构控制、碳膜成形技术与锂空气体系三者之间的关系被重新定义，全球碳材料巨头的竞争格局也出现了新的结构性变量。

在这次合作中，真正值得关注的不是“又一次能量密度新纪录”，而是电池单体从 0.01 Wh 量级跨越到 1 Wh 堆叠化原型的现实突破。该跨越标志着材料端、结构端和制造端的三重门槛被同时撬动，而推动其出现的关键是东洋炭素成熟的 CNovel™ 多孔碳体系与 NIMS 长期积累的自支撑碳膜技术。二者在结构调控、碳骨架强度和尺寸放大上的协同，使锂空气电池得以进入工程化验证，而不再停留在概念阶段。

在过去十余年间，锂空气电池始终处于一种“理论极高、实验极难、工程更难”的状态。NIMS 曾在 2021 年实现 500 Wh/kg 的单体性能，但受限于孔结构控制、反应路径不稳定和电极力学性能不足，研究者始终难以摆脱小样本、短循环、高波动的尴尬境地。此次研究用可复制的方法建立了工业化路径的雏形：通过介孔分布控制实现了高效反应界面，通过提高碳材料结晶度获得了可承受多轮氧化还原的电极框架，通过大面积成形工艺实现了从 4 cm × 4 cm 到 10 cm × 10 cm 的可扩展能力。

从材料产业视角审视这一成果，可以看到多孔碳的竞争逻辑正在发生转向。过去，多孔碳产品的差异化主要集中于比表面积、孔径分布或导电性能等基本指标，更多依靠传统炭材企业的工艺积累。而锂空气体系对结构稳定性、反应均匀性、膜强度和厚度均一性的组合要求，正在让碳材料企业走向“结构工程”和“膜材料工程”的交叉地带。这也是东洋炭素在本次成果中占据重要位置的原因：其 CNovel™ 技术体系从一开始就围绕可控介孔结构展开，而非仅追求比表面积的极限化。与 NIMS 的自支撑碳膜技术结合后，形成了兼具反应界面效率与力学稳定性的复合结构能力，具备明显的产业化潜质。

在结构碳、电极碳、CVD 碳和石墨等多个赛道中，日本企业凭借长期的工艺深入积累保持稳定优势；但在锂电相关应用中，我国企业凭借规模化制造和成本结构形成了压倒性竞争力。对于正在加速布局先进电极材料的中国企业而言，这项成果不仅是技术突破，更是竞争格局的提醒：在能源材料体系升级中，结构碳的地位正在重新抬升，而该领域的深层工艺积累并非能在短周期内快速赶超。

这项研究的产业影响还体现在“工程可放大性”这一关键维度。过去锂空气电池的研究大多集中在毫瓦级、毫克级样品，无法提供工程化所需的数据维度，使得行业始终难以推进系统集成、热管理、封装工艺、电堆设计等下游研究。此次 NIMS 与东洋炭素实现的 1 Wh 堆叠结构，尽管仍处于实验室水平，但已可以打通材料端到系统端的验证链路，使电机系统、热管理团队、航空推进企业等外围产业参与者具备早期介入的可能性。

这项成果对未来电动航空、电动汽车和高比能储能技术的意义同样不容忽视。锂空气电池当下仍处于远未商业化的阶段，但其轻量化优势和理论能量密度始终吸引着航空电推进领域的关注。全球 eVTOL 与短途电动飞行器正在进入竞争加速期，但受限于动力电池比能迟迟无法跨越 400 Wh/kg 大关，行业在续航、载重和应用半径上遭遇结构性约束。NIMS 团队在 2021 年已实现 500 Wh/kg 的初步验证，结合此次电极结构稳定性与尺寸放大能力，表明锂空气体系此前最难跨越的“工程门槛”出现松动。

全球碳材料产业正处于从“属性竞争”向“结构竞争”的转折阶段。无论是碳纳米管、石墨、碳气凝胶还是本次的多孔碳体系，行业都在加速走向结构工程化、机械强化与高通量制造的深度融合。锂空气体系本质上是一个跨学科系统，其要求碳材料不仅具备高比表面积，还必须承受反复的氧化还原过程、维持稳定的电化学界面并实现尺寸放大。在这一趋势下，全球碳材料企业的竞争方式正在从生产效率转向结构设计力，从传统材料制备转向复合结构制造能力。