華威大學(xué)的WMG領(lǐng)導(dǎo)的新研究發(fā)現(xiàn)了一種有效的方法，該方法可以通過(guò)使用石墨烯大梁增強(qiáng)陽(yáng)極結(jié)構(gòu)來(lái)替代使用硅的鋰離子電池陽(yáng)極中的石墨。這可以使可充電鋰離子電池的壽命增加一倍以上，并且還可以增加這些電池提供的容量。

自索尼最初推出以來(lái)，石墨一直是鋰離子電池陽(yáng)極的默認(rèn)活性材料選擇，但研究人員和制造商長(zhǎng)期以來(lái)一直在尋求用硅代替石墨的方法，因?yàn)槭且环N重量很輕的能源，可利用的元素十分豐富石墨的密度。不幸的是，硅還有其他一些性能問(wèn)題，這些問(wèn)題繼續(xù)限制其商業(yè)開(kāi)發(fā)。由于其在鋰化時(shí)的體積膨脹，硅顆?？梢噪娀瘜W(xué)方式附聚，從而隨著時(shí)間的推移阻礙進(jìn)一步的充放電效率。硅在反復(fù)充電時(shí)本身的彈性也不足以應(yīng)付鋰化的應(yīng)變，從而導(dǎo)致陽(yáng)極復(fù)合微結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，粉碎和快速物理降解。這極大地導(dǎo)致了容量衰減，以及在對(duì)電極-陰極上發(fā)生的退化事件。以手機(jī)為例，這就是為什么我們必須為手機(jī)充電時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)的原因，這也是為什么它們不愿為手機(jī)充電那么久的原因。

許多方法試圖克服這些問(wèn)題。例如，將納米級(jí)/結(jié)構(gòu)化的硅顆粒與微米級(jí)的石墨烯一起使用，但這并不能令人滿意。使用納米尺寸的硅顆粒會(huì)大大增加可用的反應(yīng)表面數(shù)量。這導(dǎo)致在第一個(gè)充電周期中有更多的鋰沉積在硅上，從而在硅和電解質(zhì)之間形成固體電解質(zhì)相間勢(shì)壘，從而大大減少了鋰的存量，從而降低了電池的使用壽命。該層還在硅上繼續(xù)生長(zhǎng)，因此鋰的損失變得連續(xù)。摻入不同尺寸的其他材料(例如石墨烯)的其他方法已被認(rèn)為不可行，然后進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

然而，由華威大學(xué)WMG的Melanie Loveridge博士領(lǐng)導(dǎo)的新研究發(fā)現(xiàn)并測(cè)試了一種新型的硅陽(yáng)極混合物和一種化學(xué)修飾的石墨烯，可以解決這些問(wèn)題并制造出可行的硅陽(yáng)極鋰離子電池?？梢栽诠I(yè)規(guī)模上實(shí)際制造這種方法，而無(wú)需訴諸硅的納米尺寸及其相關(guān)問(wèn)題。這項(xiàng)新研究剛剛于2018年1月23日(星期二)在《科學(xué)報(bào)告》中發(fā)表在一篇論文上，該論文的標(biāo)題為硅很少層石墨烯(FLG)復(fù)合電極系統(tǒng)的相相關(guān)阻抗研究。