鋰離子電池已經成為我們日常生活中不可或缺的一部分。然而，我們這個能源緊缺的社會要更長的壽命、更快的充電速度和更輕的電池，以滿足從電動汽車到便攜式電子產品的各種應用。

我們能更接近這種更輕、更快充電的電池嗎？目前的鋰離子電池以石墨為陽極，容量相對較小，可以用硅陽極代替，容量大，對環境影響小。這是一個極有希望的研究方向，但難以捉摸，因為帶有大顆粒硅陽極的電池往往壽命更短。當研究人員嘗試使用硅、鋁和鉍的納米顆粒時，他們發現這些納米尺寸的合金陽極仍然存在周期短、成本高的問題。馬里蘭大學化學和生物分子工程學教授王春生（音譯）和他的同事們可能已經找到了解決這個降解問題的新方向：電解質。

來自馬里蘭大學和美國陸軍研究實驗室的研究小組已經制造出一種能在硅上形成保護層的電解液，該保護層是穩定的，并能抵抗硅陽極顆粒的膨脹。新的電解質——合理的設計和適當的基本原理——為硅的陽極粒子供應了膨脹的空間來觀察保護層。研究結果發表在2020年四月二十日的《自然能源》雜志上。

圖片來源：馬里蘭大學

論文的重要作者陳季博士，說，“我們的研究證明，穩定循環硅，鋁和鉍粒子作為鋰離子是可行且可行的。電池陽極，簡單地采用合理設計的電解質，以前被認為是無法實現的。”

“電池的能量密度是由電極決定的，而電池的性能是由電解質嚴格控制的。”設計的電解質可以使用微型合金陽極，這將顯著提高電池的能量密度，”馬里蘭大學的范秀林（音譯）博士說，他是該研究的第一作者之一，現在是我國浙江大學的教授。

奧萊格博士說：“目前通過分子建模和實驗相結合的努力，為合理設計電解液的新方向開辟了一條清晰的道路，從而使高容量硅陽極具有較長的循環壽命。”

目前硅陽極電解液的設計目標是形成一種均勻的聚合物層，稱為固體電解質界面，或SEI，它是靈活的，并與硅緊密結合。然而，由于聚合物SEI與硅之間的強鍵合用途，使得SEI的體積變化與陽極顆粒相同，因此在電池運行過程中，顆粒和SEI都會發生裂紋。

馬里蘭大學化學和生物分子工程學教授王春生說：“經過對硅電極的廣泛研究，電池界已經達成共識，這種微型硅陽極不能用于商用鋰離子電池。我們成功地防止了SEI的損害，通過形成一種與鋰化硅顆粒親和力較低的陶瓷SEI，因此鋰化硅可以在體積變化過程中重新在界面上移動，而不會損害SEI。”電解液的設計原則適用于所有的合金陽極，這為開發高能電池供應了新的機遇。