隨著電動(dòng)汽車近年來的廣泛應(yīng)用，開發(fā)新工具和設(shè)計(jì)新材料是電池儲(chǔ)能技術(shù)未來突破的關(guān)鍵因素。開發(fā)新工具將有助于揭示導(dǎo)致電池失效的基本過程，并為更好的材料設(shè)計(jì)的提供有力指導(dǎo)。

這兩種主旨之間的協(xié)同作用不僅將在短期內(nèi)帶來實(shí)際應(yīng)用，而且有助于穩(wěn)定高能電池材料的長(zhǎng)期解決方案。

加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）工程學(xué)院助理教授李煜章和團(tuán)隊(duì)連續(xù)幾年獲得了不少重磅成果，例如，首次捕捉到鋰電池起火原因的原子級(jí)圖像，為開發(fā)更安全的電池提供了保障。還開發(fā)了已獲得商業(yè)許可的使用石墨烯籠封裝技術(shù)來改善電池穩(wěn)定性的方法，已經(jīng)申請(qǐng)專利。除電池外，在金屬有機(jī)骨架和對(duì)氣體分子的成像的原子洞察力方面也有了可喜的研究結(jié)果。

硅電池?zé)o法穩(wěn)定充電？石墨烯籠封裝技術(shù)助實(shí)現(xiàn)

高能鋰電池化學(xué)成分如硅、金屬鋰、硫等可促進(jìn)從化石燃料向可再生能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能）的轉(zhuǎn)變。硅的容量是傳統(tǒng)電池材料的10倍以上，但是由于在充電和放電過程中，硅材料會(huì)斷裂并失去電接觸，從而使破碎的粒子失去活性導(dǎo)致硅電池不能再充電。

2013年，李煜章開始在斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)習(xí)，第一個(gè)研究項(xiàng)目是石墨烯和硅的材料。“因?yàn)檠芯宽?xiàng)目必須使用電鏡來觀察石墨烯等材料的原子層，所以我積累了很多操作經(jīng)驗(yàn)。并不是每個(gè)人都會(huì)很好地使用電鏡，所以在那之前我已經(jīng)投入了一兩年的時(shí)間，來學(xué)會(huì)熟練操作儀器。”

該項(xiàng)目始于李煜章對(duì)硅電池如何失效的大量研究，硅微粒是低成本的替代品，但是與硅納米微粒不同，硅微粒在電化學(xué)循環(huán)過程中遭受不可避免的顆粒破裂，所以應(yīng)用在實(shí)際電池中難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定循環(huán)。

因此，李煜章和團(tuán)隊(duì)研究了一種使用合成的多層石墨烯“籠子”封裝硅微粒（約1-3μm）的方法。石墨烯籠在循環(huán)充電過程中充當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度高且柔軟的緩沖膜，即使微粒在籠中膨脹和破裂，也能夠在顆粒和電極水平上保持電連通性。此外，化學(xué)惰性的石墨烯籠形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，從而最大程度地減少了不可逆的鋰離子消耗，并在早期循環(huán)中迅速提高了庫(kù)侖效率。

李煜章對(duì)DeepTech說，“我們想看看是否可以從不是納米級(jí)的廉價(jià)材料能夠使硅工作，這是非常困難的，因?yàn)榇蟮墓桀w粒會(huì)在電池充電、放電過程中破裂。”