美國科學(xué)家在研究鋰電池的硅陽極時(shí)，成功模擬了導(dǎo)致陽極性能急速下降的關(guān)鍵機(jī)制。科學(xué)家表示，了解導(dǎo)致硅膨脹并隨后分解的原因，是防止這種情況的重要步驟，也是生產(chǎn)長效、高容量電池的重要步驟。

目前在研究的很多改進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)中，用硅取代石墨是最突出的，因?yàn)楣栌斜仁鄡?chǔ)存10倍能量的潛力。

近年來，對硅陽極的研究已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，一些公司正在向商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)邁進(jìn)。然而，要實(shí)現(xiàn)硅在能源儲(chǔ)存方面的潛力，在研究階段仍有挑戰(zhàn)和大量工作要做。

重要的挑戰(zhàn)是，當(dāng)鋰離子進(jìn)入該材料時(shí)，該材料往往會(huì)膨脹。最終，這將導(dǎo)致陽極開裂、剝落或以其他方式分崩離析，而且無法恢復(fù)其原始結(jié)構(gòu)。對此提出的很多解決方法，在陽極上涂層，使用多孔硅等，已經(jīng)顯示出積極的效果。

然而，到目前為止，很少有研究人員深入研究電池循環(huán)過程中陽極內(nèi)部的工作機(jī)制，而且關(guān)于在原子層面上到底發(fā)生了什么也存在分歧。美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的科學(xué)家王崇民說："很多人都想象過可能發(fā)生的情況，但之前沒有人真正證明過。"

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美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的研究小組將改變這一現(xiàn)狀，他們將兩種復(fù)雜的成像技術(shù)，敏感元素?cái)鄬訏呙韬偷蜏貟呙柰干潆娮语@微鏡，和一種先進(jìn)的算法相結(jié)合，觀察這一過程的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)鋰陽極實(shí)際上是向硅結(jié)構(gòu)推進(jìn)，然后回流，在結(jié)構(gòu)中留下巨大的空隙。這些空隙隨后被硅內(nèi)部的固體電解質(zhì)的發(fā)展所填補(bǔ)，在陽極內(nèi)形成"死亡區(qū)"，迅速新增到重大容量損失。

王崇民表示："這項(xiàng)工作為開發(fā)硅作為高容量電池的陽極供應(yīng)了一個(gè)清晰的路線圖。"該小組總結(jié)說，改進(jìn)硅陽極的最有效方法是集中于防止或限制電解質(zhì)滲透到陽極。