为了寻找更好的材料，硅在容量方面比锂电池的碳石墨具有很大的优势。需要六个碳原子来结合单个锂原子，但硅原子可以同时结合四个锂原子，使电池容量增加10倍以上。然而，能够捕获许多锂离子意味着阳极的体积膨胀300%至400%，导致破裂和结构完整性的损失。为了克服这个问题，OIST的研究人员现在已经在AdvancedScience中报道了一种基于纳米结构硅层的阳极设计-与多层蛋糕不同-保护硅的优势同时防止物理崩溃。

这种新电池还旨在提高功率，即随着时间的推移充电和输送能量的能力。

“目前电池技术的目标是提高充电速度和功率输出，”该研究的第一作者MartaHaroRemon博士解释说。“虽然可以在很长一段时间内为手机或笔记本电脑充电，但你不会在充电站等待电动车三小时。”

当谈到提供能量时，你会希望你的汽车在红绿灯或停车标志处快速启动，需要高功率峰值，而不是慢慢向前爬行。一个经过深思熟虑的有机硅阳极设计可能是一个解决方案，并满足这些期望。

冲绳科学技术研究生院设计单位的纳米粒子新阳极背后的想法是精确控制纳米粒子的合成和相应的物理结构的能力。非结构化硅膜层与钽金属纳米粒子支架交替沉积，导致硅夹在钽框架中。

“我们使用了一种叫做ClusterBeamDeposition的技术，”Haro博士继续道。“所需材料直接沉积在表面上，可以很好地控制。这是一种纯物理方法，不需要化学品，催化剂或其他粘合剂。”

“我们使用了一种叫做ClusterBeamDeposition的技术，”Haro博士继续道。“所需材料直接沉积在表面上，可以很好地控制。这是一种纯物理方法，不需要化学品，催化剂或其他粘合剂。”

由OIST的Sowwan教授领导的这项研究的结果是具有更高功率但抑制膨胀的阳极，以及优异的循环性-电池在失去效率之前可以充电和放电的循环量。通过仔细研究纳米结构的硅层，科学家们发现硅具有重要的孔隙度，具有类似晶粒的结构，与非结构化的非晶硅相比，锂离子可以以更高的速度传播，这解释了功率的增加。同时，沿着Ta纳米颗粒支架的硅通道的存在允许锂离子在整个结构中扩散。另一方面，钽金属外壳在抑制膨胀和改善结构完整性的同时，也限制了整体容量-目前。

然而，这种设计目前仅处于概念验证阶段，为增加容量和增加功率的众多机会敞开了大门。

“这是一种非常开放的综合方法，你可以玩很多参数，”哈罗博士评论道。“例如，我们希望优化层数，厚度，并用其他材料代替钽金属。”

通过这种技术铺平道路，很可能未来电池的解决方案，在我们的生活中无处不在，将在纳米粒子中找到。