近日，美國斯坦福大學(xué)及其能源系直線加速實驗室的科研人員提出一種新的納米級設(shè)計理念。該設(shè)計理念基于石榴的內(nèi)部排列，可提高使用硅做陽極的電池儲能容量。該科研小組的負責(zé)人崔怡（音）教授表示：“盡管還存在一些挑戰(zhàn)，這種設(shè)計還是讓我們向手機、平板電腦、電動汽車等要更小、更輕、更強的電池的設(shè)備邁進了一大步。該研究論文發(fā)表在《自然—納米技術(shù)》。

科研小組在研究論文中簡單介紹了這種基于石榴的設(shè)計概念：硅納米粒子和導(dǎo)電碳層為電池的嵌鋰和脫鋰供應(yīng)了足夠的膨脹、壓縮空間。這些混合粒子隨后被封入較厚的微米級別的碳層，作為電解液壁壘。

論文指出，硅陽極為層級結(jié)構(gòu)的電池在100次充放電后，容量為原來的97%。此外，由于這種微結(jié)構(gòu)減少了電極—電解液的接觸面積，電池的庫倫效率(99.87%)和體積容量(1,270mAhcm-3)較高。當(dāng)區(qū)域容量新增到商業(yè)鋰電的水平（3.7mAhcm-2），電池的充放電循環(huán)仍然保持在穩(wěn)定狀態(tài)。

從理論角度講，硅的觸電容量是石墨的10倍，非常適合制作儲能設(shè)備的陽極。硅可以用作傳統(tǒng)鋰離子電池，或者Li–O2和鋰硫電池中，替換樹突狀的鋰金屬陽極。

但是，使用硅做鋰離子電池陽極面對的挑戰(zhàn)包括：1)結(jié)構(gòu)劣化和充放電過程中較大的容量變化（~300%）導(dǎo)致固態(tài)電解液界面的不穩(wěn)定；2）電解液發(fā)生副反應(yīng)；3）材料減小到納米級別時，容量降低。

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科研人員指出，石榴設(shè)計的兩個相互關(guān)聯(lián)性使硅陽極鋰電具有優(yōu)越的性能：1）內(nèi)部可以擴大的空間；2）SEI（固態(tài)電解液界面）的形成在空間上受到限制。在過去幾年，科研小組已經(jīng)解決了結(jié)構(gòu)劣化的問題。該科研小組表示，他們還要簡化整個制作流程以及硅納米粒子的廉價來源。由于二氧化硅占稻殼重量的20%，因此，稻殼很可能成為硅的廉價來源之一。科研人員可以使用較為簡單的方法將稻殼中的二氧化硅轉(zhuǎn)為純的硅納米粒子。

該研究項目得到了美國能源部能源效率和可再生能源辦公室的資金支持。