美國科學(xué)家在研究鋰電池的硅陽極時，成功模擬了導(dǎo)致陽極性能急速下降的關(guān)鍵機制?？茖W(xué)家表示，了解導(dǎo)致硅膨脹并隨后分解的原因，是防止這種情況的重要步驟，也是生產(chǎn)長效、高容量電池的重要步驟。

目前在研究的很多改進的儲能技術(shù)中，用硅取代石墨是最突出的，因為硅有比石墨多儲存10倍能量的潛力。

近年來，對硅陽極的研究已經(jīng)取得了很多進展，一些公司正在向商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)邁進。然而，要實現(xiàn)硅在能源儲存方面的潛力，在研究階段仍有挑戰(zhàn)和大量工作要做。

重要的挑戰(zhàn)是，當鋰離子進入該材料時，該材料往往會膨脹。最終，這將導(dǎo)致陽極開裂、剝落或以其他方式分崩離析，而且無法恢復(fù)其原始結(jié)構(gòu)。對此提出的很多解決方法，在陽極上涂層，使用多孔硅等，已經(jīng)顯示出積極的效果。

然而，到目前為止，很少有研究人員深入研究電池循環(huán)過程中陽極內(nèi)部的工作機制，而且關(guān)于在原子層面上到底發(fā)生了什么也存在分歧。美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學(xué)家王崇民說："很多人都想象過可能發(fā)生的情況，但之前沒有人真正證明過。"

美國太平洋西北國家實驗室的研究小組將改變這一現(xiàn)狀，他們將兩種復(fù)雜的成像技術(shù)，敏感元素斷層掃描和低溫掃描透射電子顯微鏡，和一種先進的算法相結(jié)合，觀察這一過程的運行情況，發(fā)現(xiàn)鋰陽極實際上是向硅結(jié)構(gòu)推進，然后回流，在結(jié)構(gòu)中留下巨大的空隙。這些空隙隨后被硅內(nèi)部的固體電解質(zhì)的發(fā)展所填補，在陽極內(nèi)形成"死亡區(qū)"，迅速新增到重大容量損失。

王崇民表示："這項工作為開發(fā)硅作為高容量電池的陽極供應(yīng)了一個清晰的路線圖。"該小組總結(jié)說，改進硅陽極的最有效方法是集中于防止或限制電解質(zhì)滲透到陽極。