導讀：瑞典的科學家們開發出一種新的氣凝膠工藝來制造鋰離子電池的硅陽極，有望供應比現在銷售的電池容量大大新增的電池。通過在石墨上生長納米大小的硅顆粒，該研究小組能夠展示一種克服硅作為負極材料常見的許多挑戰的裝置。雖然在穩定性和容量保持方面仍然存在挑戰，但這種方法最終可以出現低成本、大規模的生產工藝。

使用石墨作為負極材料的背后，是當今鋰離子電池的許多限制。雖然是一種可靠的材料，但石墨的理論容量相對較低，以及在高電流密度下失去這種容量的傾向，是阻礙商用鋰離子電池容量和性能重大改進的兩個因素。

硅是研究人員爭相關注的幾種新負極材料之一，它的理論容量約為石墨的十倍，當然有很大的潛力。然而，在電池循環過程中，硅容易膨脹繼而分崩離析，導致性能迅速下降。

研究人員已經發現了各種解決方法，包括一開始就使硅多孔，或者使用碳納米管的“支架”結構。然而，在這個研究的早期階段，很少有人關注所研究的工藝的成本或潛在的可擴展性。

瑞典中部大學的科學家們希望解決這個問題，他們研究了一種硅陽極生產的新工藝，即利用“氣凝膠”工藝將納米大小的硅顆粒涂在石墨片上。利用這種工藝，他們生產出了一種陽極，在每克100毫安時的電流密度下，其比容量為455毫安時（mAh／g－1），庫侖效率為97％。有關這種陽極的工藝和特性的細節發表在《科學報告》中，論文為《高性能鋰離子電池的硅納米石墨氣凝膠基陽極》。

該陽極依靠石墨作為添加劑來提高電導率并連接微小的硅納米顆粒。在第一個周期，陽極的容量達到1050mAh／g－1，接近硅的理論極限。30次循環后，這一數值迅速下降到初始值的57％，100次循環后下降到52％。研究人員指出與原始硅、研磨硅或熱處理硅的結果相比，這是一個重大的進步。在第一個循環時，陽極的比能量被測得為787瓦時／公斤（Wh／kg），200次循環后下降到341．25Wh／kG。

雖然其他方法在容量保持方面表現出更強的結果，但研究人員在此指出，這些方法往往依賴于復雜或昂貴的工藝，不適合大規模生產。研究人員表示：“硅納米顆粒通過氣凝膠制造路線從硅粉末和納米石墨使用聚乙烯醇（PVA）生長在納米石墨片上，方法簡單，成本效益高，可擴展，不要昂貴的設備進行合成。在這項研究中，我們表明基于這種結構制備的電極顯示出高比容量和循環穩定性，因此是一種潛在的具有成本效益的硅基陽極方法。”