有一段时间，建议发芽的发明者建立一个更好的捕鼠器。如今，他们在制造更好的锂离子电池方面做得相当不错。这些是我们的手机，笔记本电脑，便携式电动工具，越来越多的汽车，甚至家庭的动力。有些地方正在转向使用巨型锂离子电池来储存太阳能电池板的能量，以便在天黑后使用。虽然锂离子电池多年来逐渐好转，但它们似乎在2019年通过增加使用电子行业不熟悉的元素 – 硅来大幅提升。
原因在于一些基本的电化学。锂离子电池通过在充电期间将锂离子从正电极(在电池中，称为阴极)发送到负电极(阳极)来工作。在放电期间，锂离子在相反方向上从阳极移动到阴极。因此，对这种电池充电相当于在阳极中储存锂。如果你的电池可以储存更多锂电池，它会储存更多能量。
在用于智能手机，笔记本电脑和大多数电动汽车的花园式锂离子电池中，阳极由石墨(一种碳)制成。锂以LiC 6的形式存储在电极中，其中一个锂原子被六个碳原子包围。
电池开发人员多年来一直试图弄清楚如何在阳极中使用硅代替碳，因为锂离子与硅结合形成Li 15 Si 4。15比4的比例意味着较少量的阳极材料可以储存更多的锂。因此，硅阳极可以提供更大的容量。
问题是当硅在充电过程中与锂反应时，硅的体积扩大了近300%。然后在放电期间收缩相同的量。重复的充电 – 放电循环导致阳极开始崩解。这反过来在阳极上产生更多的表面积，然后与电解质发生化学反应，损坏电池。所以带有硅阳极的电池往往不能长时间保持。
令人高兴的是，硅的扩展问题并非不可克服。即使是现在，一些锂离子电池的阳极也包括含硅的颗粒和二氧化硅(沙子)并涂有碳。Elon Musk在2016年透露，特斯拉的锂离子电池是以这种方式制造的。但到目前为止，阳极中的硅含量很少。
预计将在2019年发生变化。首先，一家名为Sila Nanotechnologies的加州创业公司计划将富含硅的阳极材料商业化。公司联合创始人兼佐治亚理工学院教授Gleb Yushin表示，Sila已经为现有的电池制造商开发了一种“插入式解决方案”，预计将于2019年投入商业生产。
根据应用的不同，使用这种阳极材料最初可将电池容量提高约20%，最终提高40%或更高。更重要的是，Yushin解释说，它可以使阳极的厚度减少高达67%，这反过来可以使电池充电速度提高9倍。他声称，它也带来了安全上的好处，因为它可以抑制线状金属枝晶的形成，这会导致细胞在内部短路并迸发出火焰。
Yushin表示，他公司的新型阳极材料由尺寸与现在用于阳极的石墨相似的颗粒组成。但它们在多孔支架内含有硅，这为硅提供了膨胀和收缩的空间，而不会与电解质接触。这使得用这种富含硅的阳极材料制成的电池在400到1,000次完全充电 – 放电循环中表现良好，这对于大多数应用来说已经足够了。“即使对于电动汽车，你通常也不需要超过1000次循环，”Yushin说。
这有助于解释的兴趣宝马，这是用撕拉工作，以探讨是否使用新的负极材料内置锂离子电池可以在电动车中使用。尽管如此，Yushin说“最初的产品将是可穿戴设备”，电池的成本并不是一个关键因素，所需的阳极材料数量要小得多，这意味着他的公司可以更容易地满足需求。Yushin预计，2019年，带有Sila阳极的锂离子电池将在数百万台设备中使用。
Sila可能不会是唯一一家今年推出硅电池技术的公司。另一家加利福尼亚公司Enovix预计将推出一种完全由硅和氧化硅制成的阳极。
Enovix的联合创始人兼首席技术官Ashok Lahiri和两位同事在2017 年的这些页面中详细介绍了该公司的电池技术。当时，Enovix计划借用半导体行业的制造技术，用薄晶片制造电池。太阳能级硅。但该公司在研究如何将其应用于更大的车用锂离子电池后，重新考虑了这一策略。“我们意识到太阳能级基板无法扩展，”拉希里说。
因此，Enovix改进了它的方法，现在使用金属箔而不是硅晶片作为其电池的基板。然而，电池的整体几何形状保持不变。Lahiri说，它只是通过堆叠组件而构建得不同，他解释说，将阳极堆保持在高压下会抑制充电过程中的膨胀，并使阳极完全由硅和氧化硅制成。
“我们认为根据应用情况，我们的电池电量将提高30%到70%，”Lahiri说。如果是这样的话，或者如果Sila通过一个可以同样提高容量达到两位数的阳极，它将真正改变电池行业，正如Lahiri所说的那样，“人们会杀死5%或10%。
