旅行汽车网最初发表于EV Obsession。
长期以来，人们一直在锂离子电池中使用硅作为提高能量密度的手段，但是硅基阳极相对缺乏操作稳定性一直是绊脚石（尽管有些电池确实可以已经包含有限的数量）。
滑铁卢大学的新研究声称（在一定程度上）克服了这一问题-通过使用观察到的硫纳米颗粒，硫掺杂石墨烯和环化聚丙烯腈之间的共价相互作用（关于电极结构的改变） 。
通常用简单（如果过于简化）的语言来表示，硅的使用往往会导致结构相对脆弱，新的研究声称已经找到了一种在仍使用硅的情况下提高结构稳定性的方法。如果属实，那可能意味着商业电池能量密度的提高，甚至成本也可能提高。
由于我当然不是电池技术专家，因此我将在此处仅摘录研究论文的摘录，以提供一些详细信息：
这种分层结构稳定了固体电解质的中间相，从而在2 A g-1的2275次循环中具有超过1,000 mAh g-1的优异可逆容量。此外，纳米结构设计降低了电解质与电极的接触，不仅导致99.9％的高库仑效率，而且即使在3.4 mAh cm-2的高电极负载下也能保持高稳定性。出色的性能与简单，可扩展且无危险的方法相结合，使该工艺成为锂离子电池技术非常有希望的候选者。
…基于我们的DFT模型，Si原子与SG中的硫原子和两个相邻的碳原子共价相互作用。这种共价相互作用的等效强度类似于单个共价键的等效强度。这种相互作用可能不涉及Si原子直接与硫反应形成SiS或SiS2的情况，因为这将需要硫从石墨烯基体内部脱键，并可能导致电极降解。在硅团簇（模拟纳米颗粒）的情况下，只有一小部分硅原子与SG形成这种共价相互作用。我们认为这种类型的硅不参与与锂的合金形成。但是，它为纳米粒子中的大多数Si原子提供了锚固位点，这些位置易于进行合金化/脱合金处理，从而有助于观察到的容量。
可以看出，Si与SG的结合比与G的结合更牢固。原因之一是Si原子与硫原子的共价相互作用。第二个原因是因为与硫相邻的有缺陷（带有纳米孔）碳的电荷密度增加。这表明Si和SG之间的相互作用具有共价协同作用，从而导致优异的材料电化学性能，而Si-G尚无此现象。清楚地表明，即使经过2275次充电/放电循环，非晶SiNP也会重新组织成环化PAN的通道和石墨烯上的硫通道，如图6所示。
总之，通过商业化的SiNP和SG以及环化PAN的共价结合，基于Si的电极的新颖设计为LIB技术的Si阳极的实际利用提供了巨大的潜力。这种共价协同作用可实现出色的循环稳定性以及电极的高空容量，这与商业技术相近。这种合理的设计和可扩展的制造为在高性能LIB中实际应用Si阳极铺平了道路。S与Si之间的相互作用在改善长期循环稳定性方面起着关键作用，此外，Si-S之间共价键的协同效应，3-D石墨烯网络和环化PAN促进了电荷转移以及改进电极的完整性都有助于提高循环性能。
那些想了解更多细节或对研究方法有更好了解的人可以在这里找到本文。
与电池研究一样，很难说实际应用是否会在不久的将来……或将来的任何时候出现或出现。参与这项工作的研究人员当然认为会的。
滑铁卢化学工程教授陈忠伟表示：“电池研究人员使用硅片已经有一段时间了，但是现在我们已经找到了克服关键挑战的方法。”“新技术引起了投资者极大的兴趣，我们希望在明年内将其商业化并投放市场。”
“经济的闪蒸热处理可产生独特结构的硅阳极材料，该材料可将循环寿命延长至2000个循环以上，并提高了电池的能量容量。”
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