硅是地球上第二丰富的元素，占地壳的27.7%。除了创造沙滩和透明玻璃的能力外，硅还具有制造高效金属离子电池的潜力。

在锂离子电池等替代能源存储设备蓬勃发展的世界中，需要利用硅作为电极材料的优异比能量容量。由于两个主要原因，硅基电极材料的商业应用经常受到阻碍：1)由于锂化时不受控制的体积膨胀导致缺乏机械稳定性，与锂离子结合的过程，2)由锂离子引起的快速能量衰减不稳定的固体电极界面(SEI)的形成。

多年来，科学家们开发了各种先进的硅基负极或负极材料来克服上述问题。其中最突出的是硅纳米材料。然而，硅纳米材料也存在一定的缺点，例如供需缺口大、合成过程困难且昂贵，以及最重要的是存在电池快速干涸的威胁。

现在，由松见纪良教授领导的日本先进科学技术研究所(JAIST)的一组研究人员提出了解决这些困扰硅微粒(SiMP)问题的方法。在他们于2022年7月18日发表在JournalofMaterialsChemistryA上的研究中，该团队报告了一种合成新型高弹性SiMPs的整体方法，该SiMPs由黑色玻璃(碳氧化硅)接枝的硅组成，作为锂离子电池的阳极材料。研究团队包括研究员RaviNandan、博士生NoriyukiTakamori、技术专家KoichiHigashimine和JAIST前高级讲师RajashekarBadam博士。

“硅纳米粒子可能会提供更大的有效表面积，但它也有其自身的缺点，例如增加电解质的消耗，以及在几个充电和放电循环后初始库仑效率较差。SiMP是最合适的、低成本且易于获得的替代品，尤其是与具有特殊结构特性的材料(如碳氧化硅黑玻璃)结合使用时。我们的材料不仅性能高，而且有利于扩大规模，”Matsumi教授在被问及该研究背后的理由时解释道。

该团队设计了一种核壳型材料，其中核由涂有碳层的SiMP组成，然后将碳氧化硅黑色玻璃作为壳层接枝。然后将制备的材料用于阳极半电池配置，以测试它们在不同电位窗口下可逆地储存锂的能力。该筛选表明该材料具有良好的锂扩散能力、降低的内阻和整体体积膨胀。即使在775次充放电循环后，这种新材料仍具有99.4%的能量容量保持率，进一步确立了这种新材料的优异电化学性能。除了最出色的能量存储能力外，该材料还在整个测试过程中表现出出色的机械稳定性。

结果有力地表明了新型SiMP基活性负极材料的优越性。事实上，这些材料为硅在下一代二次锂离子电池中的应用开辟了新途径。这种合成过程的升级能力可以帮助弥合实验室研究和工业应用之间的差距在储能领域。这对于生产可以显着减少碳排放的低成本电动汽车尤为重要。Matsumi教授强调了他们研究的这一重要应用，他说：“我们的方法为开发用于节能锂离子电池的高性能阳极材料提供了有效途径，这是创造可持续和低能耗的重要组成部分。明天的碳。”