2021-10-13 17:38
导读：美国科学家在研究锂离子电池的硅阳极时，成功模拟了导致阳极性能急速下降的关键机制。科学家表示，了解导致硅膨胀并随后分解的原因，是防止这种情况的重要步骤，也是生产长效、高容量电池的重要步骤。
目前在研究的很多改进的储能技术中，用硅取代石墨是最突出的，因为硅有比石墨多储存10倍能量的潜力。
近年来，对硅阳极的研究已经取得了很多进展，一些公司正在向商业化和大规模生产迈进。然而，要实现硅在能源储存方面的潜力，在研究阶段仍有挑战和大量工作要做。
主要的挑战是，当锂离子进入该材料时，该材料往往会膨胀。最终，这将导致阳极开裂、剥落或以其他方式分崩离析，而且无法恢复其原始结构。对此提出的很多解决方案，在阳极上涂层，使用多孔硅等，已经显示出积极的效果。
然而，到目前为止，很少有研究人员深入研究电池循环过程中阳极内部的工作机制，而且对于在原子层面上到底发生了什么也存在分歧。美国太平洋西北国家实验室（PNNL）的科学家王崇民说：“很多人都想象过可能发生的情况，但之前没有人真正证明过。”
美国太平洋西北国家实验室的研究小组将改变这一现状，他们将两种复杂的成像技术，敏感元素断层扫描和低温扫描透射电子显微镜，与一种先进的算法相结合，观察这一过程的运行情况，发现锂阳极实际上是向硅结构推进，然后回流，在结构中留下巨大的空隙。这些空隙随后被硅内部的固体电解质的发展所填补，在阳极内形成“死亡区”，迅速增加到重大容量损失。
王崇民表示：“这项工作为开发硅作为高容量电池的阳极提供了一个清晰的路线图。”该小组总结说，改进硅阳极的最有效方法是集中于防止或限制电解质渗透到阳极。
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