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摘要:石墨长期以来一直是锂离子电池的关键部件。碳是导电的和稳定的，并且非常适合在充电期间将锂离子填充到电池的阳极中。
硅基阳极可以改善锂离子电池的阳极性能。照片来源:纽特拉斯
华盛顿，4月28日(科学日报)——硅是目前最重要的半导体材料，但它的应用范围远不止于此。美国能源部西北太平洋国家实验室的研究人员设计了一种新的纳米结构，可以赋予硅非凡的强度，使其成为锂离子电池的一种有前途的阳极材料和石墨的升级版本。研究人员在《自然通讯》杂志上发表了一份研究报告，称他们的成果是锂离子电池硅基阳极发展的一个飞跃，并为其他类型电池材料的设计提供了新的思路。
石墨长期以来一直是锂离子电池的关键部件。碳是导电的和稳定的，并且非常适合在充电期间将锂离子填充到电池的阳极中。然而，随着对更高能量密度电池需求的增加，基于石墨的电极也需要升级，并且硅被认为是良好的升级材料。与石墨相比，硅可以吸收更多的锂，但问题是硅遇到锂时会大大膨胀，这可能导致锂电池正极开裂和粉化。
为了克服硅基阳极粉化的问题，西北太平洋国家实验室的研究人员设计了一种新型纳米结构。他们将细小的硅颗粒聚集成直径约为8微米的微球，形成相当于红细胞大小的层状多孔硅结构。这种结构就像一块海绵，内部有一个空的间隔来吸收膨胀压力。研究表明，层状多孔结构具有优异的电化学性能、机械强度和结构完整性，可用作高性能锂离子电池的阳极，其可保持的电荷是典型石墨基阳极的两倍。
研究人员表示，他们设计的纳米结构不仅能够满足硅基阳极在各个方面的性能要求，而且适用于包括压延在内的标准工业加工过程，这可以为其他类型电池材料的设计提供新的思路。在下一步，他们将努力开发更具可扩展性和经济性的硅微球制造方法用于商业应用，并最终帮助改善锂离子电池在电动汽车、电子设备和其他设备中的性能。(记者刘海英)
责任:叶壮
