新型全固态电池容量料翻10倍 电网存储和电动汽车有望受益

在追求新一代电池技术的过程中，有两种非常有前途的途径，即使用固态电解质而不是液态电解质，以及在阳极组件中添加硅以提高能量密度。一个新开发的架构将这两项创新放在了一个设备中，形成一个安全、持久、有潜力存储大量能量的固态电池。

多年来，科学家们一直被硅提供的能量密度所吸引，但苦于无法很好地将其纳入应用。这个想法是用硅结合或完全取代用作阳极的石墨，从而可能存储10倍的锂离子。

然而，问题是硅会导致液态电解质迅速降解，电池很快就会失效，但这项新研究的作者认为，解决办法可能在于使用固态电解质。

和硅阳极一样，固态电解质是电池研究的另一个分支，可能会带来一些令人兴奋的可能性。携带锂离子在电池两极之间来回的传统液体电解质是高度易挥发的，这限制了与其他潜在的高性能材料（如锂金属）的兼容性。固态电解质是解决这个问题的有希望的解决方案。

加州大学圣地亚哥分校的工程师们怀疑固态电解质可能会给硅阳极带来一些类似的优势。在锂电池阳极中加入硅的努力一直受到硅颗粒大小波动的困扰，硅颗粒在设备充电和放电时会膨胀和收缩。再加上液体电解质不稳定特性，就会在电池循环时导致严重的容量损失。

该研究论文通讯作者Shirley Meng表示，“作为电池研究人员，解决系统中的根本问题至关重要。对于硅阳极，我们知道最大的问题之一是液体电解质的不稳定性。我们需要一种完全不同的方法。”

这种新方法包括对硅阳极的组装方式进行一些调整，科学家们取消了通常使用的碳和粘合剂，并选择了一种经过较少加工、更便宜的微硅。然后引入了一种基于硫化物的固体电解质来携带电荷，通过避免阳极上的破坏性相互作用，得到的电池被证明非常稳定。

据悉，这种新型硅酮全固态电池被描述为安全、持久且能量密集的。一个实验室规模的全电池被证明可以进行500次充放电循环，同时保持80%的容量，证明了新设计的稳定效果。该研究成果已于近日发表在了《科学》（Science）杂志上。

研究人员表示：“固态硅技术克服了传统电池的许多局限性。这为我们提供了令人兴奋的机会，以满足市场对更高容量的能量、更低的成本和更安全的电池的需求，特别是电网储能。”