据外媒报道，由伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）绿色能源（Green Energy）高级讲师Xuekun Lu博士领导的一项新研究表明，在基础科学指导下，通过原位成像技术设计的双层电极设计，显著提升了汽车电池的循环稳定性和快速充电性能，并有望将成本降低20%至30%。相关研究论文发表在期刊《Nature Nanotechnology》上。

图片来源： 期刊《Nature Nanotechnology》

在该研究中，研究人员引入了一种基于证据的硅基复合电极双层设计，以解决硅基电极的关键挑战——这一突破对于下一代高性能电池而言具有巨大潜力。

自15年前电动汽车问世以来，人们对续航里程和充电速度的需求不断增长，推动着汽车电池的发展。硅电极可以提供10倍的理论容量和更快的充电速度，但其大规模应用受到充放电循环过程中高达300%的体积变化的阻碍。这意味着它们会迅速降解，使用寿命较短。

借助多尺度多模态原位成像技术，这项研究揭示了石墨/硅复合电极电化学机械过程的全新见解。在这些改进的机械理解的指导下，研究人员提出了一种新型双层结构，解决了材料设计中的关键挑战，与传统结构相比，其容量显著提高，降解速度也更低。

这项研究的负责人Xuekun Lu博士表示：“在这项研究中，我们首次通过整合多模态原位成像技术，在从单颗粒到完整电极的整个长度尺度上，可视化了微观结构设计与电化学机械性能之间的相互作用。这项研究为创新3D复合电极架构开辟了新途径，突破了汽车电池能量密度、循环寿命和充电速度的界限，从而加速了电动汽车的大规模普及。”

WMG（Warwick Manufacturing Group）高价值制造弹射中心首席执行官（High Value Manufacturing Catapult Center）David Greenwood教授评论道：“高硅负极是汽车等应用中高能量密度电池的重要技术途径。这项研究让我们更深入地了解了其微观结构如何影响其性能和性能退化，并将为未来更优的电池设计奠定基础。”