導讀：瑞典的科學家們開發出一種新的氣凝膠工藝來製造鋰離子電池的矽陽極，有望提供比現在銷售的電池容量大大增加的電池。透過在石墨上生長奈米大小的矽顆粒，該研究小組能夠展示一種克服矽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產生低成本、大規模的生產工藝。

使用石墨作為負極材料的背後，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效能重大改進的兩個因素。

矽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，在電池迴圈過程中，矽容易膨脹繼而分崩離析，導致效能迅速下降。

研究人員已經發現了各種解決方法，包括一開始就使矽多孔，或者使用碳奈米管的“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充套件性。

瑞典中部大學的科學家們希望解決這個問題，他們研究了一種矽陽極生產的新工藝，即利用“氣凝膠”工藝將奈米大小的矽顆粒塗在石墨片上。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%。關於這種陽極的工藝和特性的細節發表在《科學報告》中，論文為《高效能鋰離子電池的矽奈米石墨氣凝膠基陽極》。

該陽極依靠石墨作為新增劑來提高電導率並連線微小的矽奈米顆粒。在第一個週期，陽極的容量達到1050 mAh/g-1，接近矽的理論極限。30次迴圈後，這一數值迅速下降到初始值的57%，100次迴圈後下降到52%。研究人員指出與原始矽、研磨矽或熱處理矽的結果相比，這是一個重大的進步。在第一個迴圈時，陽極的比能量被測得為787瓦時/公斤(Wh/kg)，200次迴圈後下降到341.25 Wh/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，這些方法往往依賴於複雜或昂貴的工藝，不適合大規模生產。研究人員表示：“矽奈米顆粒透過氣凝膠製造路線從矽粉末和奈米石墨使用聚乙烯醇(PVA)生長在奈米石墨片上，方法簡單，成本效益高，可擴充套件，不需要昂貴的裝置進行合成。在這項研究中，我們表明基於這種結構製備的電極顯示出高比容量和迴圈穩定性，因此是一種潛在的具有成本效益的矽基陽極方法。”