隨著電池完成其電源循環(huán)，電池陽(yáng)極中的硅會(huì)顯著膨脹和收縮，從而限制了其在商業(yè)上的應(yīng)用潛力。

這些在充電和放電過(guò)程中重復(fù)的體積變化(稱(chēng)為鋰化和脫鋰)最終會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)損壞。隨著時(shí)間的流逝，這種退化的影響可能導(dǎo)致不穩(wěn)定，例如爆炸，并縮短電池壽命。

但是，研究人員采用了一種新的策略，該策略可以使硅保留能夠?qū)崿F(xiàn)出色能量傳遞的彈性，同時(shí)還能保持電池電極的最終完整性。

Wang說(shuō)：我們發(fā)現(xiàn)，假如用超彈性凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)的墊子圍繞硅基陽(yáng)極，它可使硅保持穩(wěn)定，因此顆粒不會(huì)在電極內(nèi)移位。

王說(shuō)，這種獨(dú)特的方法結(jié)合了兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。GPE由響應(yīng)其彈性的軟醚結(jié)構(gòu)域和防止聚合物過(guò)度溶脹的硬環(huán)結(jié)構(gòu)域組成。

他說(shuō)：這是一種新方法，其中兩個(gè)組件協(xié)同工作以使GPE適當(dāng)膨脹和收縮，同時(shí)保持硅陽(yáng)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

通過(guò)規(guī)避目前硅基陽(yáng)極存在的問(wèn)題，研究人員估計(jì)這項(xiàng)工作可以使鋰離子電池內(nèi)的能量存儲(chǔ)新增20%。

Wang說(shuō)：這是一項(xiàng)使能技術(shù)，可以在陽(yáng)極中使用純硅。傳統(tǒng)上，僅使用5%的硅，因此材料的增強(qiáng)效果受到限制。但是通過(guò)使用這種方法，用純硅替代它將大大提高電池的容量和能量密度。

作為賓夕法尼亞州立大學(xué)電池與儲(chǔ)能技術(shù)(BEST)中心的研究員，這項(xiàng)工作代表了Wang在該領(lǐng)域的最新貢獻(xiàn)。

這項(xiàng)工作無(wú)疑是為電動(dòng)汽車(chē)或小型電子產(chǎn)品制造更好的電池的一種方法。通過(guò)硅和GPE的結(jié)合，這是創(chuàng)建下一代鋰離子電池的途徑。