2021 年 9 月 23 日——工程师们创造了一种新型电池，将两个有前途的电池子领域编织成一个电池。该电池同时使用固态电解质和全硅阳极，使其成为硅全固态电池。最初的几轮测试表明，新电池安全、持久且能量密集。它有望用于从电网存储到电动汽车的广泛应用。
电池技术在 2021 年 9 月 24 日的《科学》杂志上有所描述。加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师与 LG Energy Solution 的研究人员合作领导了这项研究。
硅阳极以其能量密度而闻名，比当今商业锂离子电池中最常用的石墨阳极高 10 倍。另一方面，硅阳极因其在电池充电和放电时如何膨胀和收缩以及它们如何随液体电解质降解而臭名昭著。尽管具有诱人的能量密度，但这些挑战使全硅阳极无法用于商用锂离子电池。多亏了正确的电解质，发表在《科学》杂志上的新工作为全硅阳极提供了一条有前途的道路。
“通过这种电池配置，我们为使用硅等合金阳极的固态电池开辟了一个新领域，”该论文的第一作者 Darren HS Tan 说。他最近在加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院完成了他的化学工程博士学位，并共同创立了一家初创公司 UNIGRID Battery，该公司已获得该技术的许可。
具有高能量密度的下一代固态电池一直依赖金属锂作为阳极。但这对电池充电率和充电过程中需要升高的温度(通常为 60 摄氏度或更高)施加了限制。硅阳极克服了这些限制，可以在室温到低温下实现更快的充电速率，同时保持高能量密度。
该团队展示了一种实验室规模的全电池，可在室温下提供 500 次充电和放电循环，容量保持率为 80%，这代表了硅阳极和固态电池社区的令人兴奋的进展。
硅作为阳极替代石墨
当然，硅阳极并不新鲜。几十年来，科学家和电池制造商一直将硅视为一种能量密度高的材料，以混合或完全替代锂离子电池中的传统石墨阳极。从理论上讲，硅的存储容量大约是石墨的 10 倍。然而，实际上，在阳极添加硅以增加能量密度的锂离子电池通常会遇到现实世界的性能问题：特别是电池在保持性能的同时可以充电和放电的次数不够高。
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