雙層電極設計為下一代矽電池提供動力，使電動汽車充電速度更快、續航里程更長。

倫敦瑪麗女王大學的最新研究表明，基於操作成像基礎科學研究的雙層電極設計可顯著改善汽車電池的循環穩定性和快速充電性能，並具有降低成本 20-30% 的巨大潛力。

學習， 發表 今天在 天然納米技術由倫敦瑪麗女王大學綠色能源高級講師Xuequn Lu博士領導。

在這項研究中，科學家們提出了一種基於科學的矽基複合電極兩層設計，以解決與硅基電極相關的關鍵問題，這是下一代高性能電池具有巨大潛力的突破。

自 15 年前推出電動汽車以來，對續航里程和充電速度的需求不斷增長，推動了汽車電池的發展。矽電極可以提供 10 倍的理論容量和更快的充電速度，但其廣泛採用受到充電/放電循環期間體積顯著變化（高達 300%）的限制。這意味著它們會很快降解並且不會持續很長時間。

這項研究利用多尺度、多模式操作成像技術，為石墨/矽複合電極中發生的電化學機械過程提供了前所未有的見解。在這種改進的機理理解的指導下，提出了一種新穎的雙層結構，與傳統配方相比，它表現出顯著更高的容量和更低的降解，從而解決了材料設計中的關鍵挑戰。

領導這項研究的Xuequn Lu博士說：“在這項研究中，我們首次通過集成多模態操作成像技術，在長度尺度上可視化微觀結構設計和電化學機械性能之間的相互作用——從單個粒子到完整的電極。

“這項研究為 3D 複合電極架構的創新開闢了新的機會，突破了汽車電池的能量密度、壽命和充電速度的界限，從而加速了電動汽車的大規模採用。”

WMG 高性能製造彈射中心首席執行官 David Greenwood 教授評論道：“高矽陽極是汽車等應用中高能量密度電池的重要技術途徑。這項研究讓人們更深入地了解其微觀結構如何影響其性能和退化，並將為未來改進電池設計提供基礎。”