硅是目前最重要的半導體材料，但其應用范圍遠不止于此。美國能源部西北太平洋國家實驗室研究人員設計了一種新穎的納米結(jié)構(gòu)，能夠賦予硅非凡的強度，使其有望成為鋰離子電池的陽極材料，成為石墨的升級版。研究人員在《自然·通訊》雜志上發(fā)表研究報告稱，他們的成果是鋰離子電池硅基陽極開發(fā)的一個飛躍，為其他類型電池材料設計提供了新的思路。

長期以來，石墨一直是鋰離子電池的關(guān)鍵組成部分。這種碳導電且穩(wěn)定，非常適合在充電時將鋰離子填充到電池的陽極中。但隨著對更高能量密度電池的需求不斷增加，石墨基電極也需要升級，而硅被認為是一種很好的升級版材料。與石墨相比，硅可以吸收更多的鋰，但問題是，硅在遇到鋰時會大幅膨脹，可能會導致鋰電池陽極破裂粉化。

為了克服硅基陽極粉化這一難題，西北太平洋國家實驗室研究人員設計了一種新穎的納米結(jié)構(gòu)。他們將細小的硅顆粒聚集到直徑約8微米的微球中，形成一種相當于紅細胞大小的分層多孔硅結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)就像海綿一樣，內(nèi)部有空間來吸收膨脹壓力。研究表明，這種分層多孔結(jié)構(gòu)具有出色的電化學性能、機械強度和結(jié)構(gòu)完整性，可用于高性能鋰離子電池陽極，其可容納的電荷也是典型石墨基陽極的兩倍。

研究人員表示，他們設計的納米結(jié)構(gòu)不僅可以滿足硅基陽極各方面的性能要求，也適用于包括壓延在內(nèi)的標準工業(yè)加工程序，可以為其他類型電池材料設計提供新的思路。下一步，他們將努力開發(fā)更具擴展性和經(jīng)濟性的硅微球制造方法，以便進行商業(yè)化應用，最終幫助提高電動汽車、電子設備和其他設備中鋰離子電池的性能。

韓國研發(fā)硅基陽極材料大幅提升動力電池性能

對于電池制造業(yè)而言，硅并非是什么新型材料，許多電池企業(yè)都會使用硅基材料改善電池性能，硅的能量存儲能力相較石墨強了十倍之多。但由于硅的穩(wěn)定性較差，因此在充放電過程中會對電池充能造成極大影響，大大縮短了電池壽命。

韓國科學技術(shù)研究院(KIST)日前成功研發(fā)了硅基陽極材料，用于替代當前電動車動力電池普遍使用的石墨材料。據(jù)悉，硅基陽極可大幅提升動力電池性能。

KIST的研究人員對硅采用了干燥處理，將其與玉米淀粉、水進行混合，然后加熱混合物。通過食品干燥辦法中簡單且常用的熱處理工藝，將這一碳化硅復合物進行密封，其能量存儲能力是石墨陽極材料的四倍。有望實現(xiàn)“充電5分鐘將電量充至80%”的目標。

KIST希望將這一項目快速落地并實現(xiàn)商業(yè)化，為整個電動車行業(yè)的推進貢獻力量。與此同時，電動車領(lǐng)域中，電池的能量密度也一直在提升，這意味著車輛的續(xù)航里程也在持續(xù)提升。特斯拉推出的新款車型ModelY，續(xù)航里程就達到了315英里(約合507公里)。一旦KIST的項目實現(xiàn)商業(yè)化，生產(chǎn)比ModelY續(xù)航里程更長的車輛可能將是一件輕松的事。