硅材料因儲(chǔ)量豐富，且能比鋰離子電池中使用的石墨吸收更多的鋰離子，被認(rèn)為具有制造大容量電池的前景。但硅顆粒在吸收和釋放鋰離子時(shí)會(huì)膨脹和收縮，在多次充放電循環(huán)后容易破裂。

加拿大阿爾伯塔大學(xué)化學(xué)家布里亞克(JillianBuriak)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)將硅塑造成納米級(jí)的顆粒有助于防止它破裂。研究測(cè)試了四種不同尺寸的硅納米顆粒，確定多大的尺寸才能最大限度地發(fā)揮硅的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)最大限度地減少其缺點(diǎn)。它們均勻分布在由具有納米孔徑的碳制成的高導(dǎo)電性石墨烯氣凝膠中，以彌補(bǔ)硅的低導(dǎo)電性。他們發(fā)現(xiàn)，最小的顆粒(直徑僅為30億分之一米)在多次充放電循環(huán)后表現(xiàn)出最佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這克服了在鋰離子電池中使用硅的限制。這一發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致新一代電池的容量是目前鋰離子電池的10倍，朝著制造新一代硅基鋰離子電池邁出了關(guān)鍵的一步。

這項(xiàng)研究有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，可以使其行駛里程更遠(yuǎn)，充電速度更快，電池重量更輕。下一步是開發(fā)一種更快、更便宜的方法來制造硅納米顆粒，使其更容易運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)上。此項(xiàng)研究成果發(fā)表在《材料化學(xué)》雜志上。