借助电池增强凝胶，未来的电动汽车一次充电可行驶 600 英里以上

通过使用凝胶，研究人员找到了一种将硅融入电池的方法，同时消除了其膨胀的破坏性倾向，这意味着未来的电动汽车可以利用该技术在一次充电中走得更远。

由于电池技术的突破，电动汽车 (EV) 的里程焦虑可能很快就会成为过去，电池技术可以使电动汽车的续航里程超过 620 英里（1,000 公里）。

如今的电动汽车的最大行驶里程平均为 300 英里（480 公里）。即使是续航里程最长的电动汽车 Lucid Air，也会在行驶约 500 英里（800 公里）后耗尽电量。

但在一项新的研究中，研究人员使用微小的硅颗粒和凝胶电解质来利用锂离子电池中硅阳极的高充电能力。科学家们于 1 月 17 日在《Advanced Science》杂志上发表了他们的发现。

充电过程相反，正锂离子返回阳极，电子在获得正电荷时穿过电路流回端子。当没有更多的离子可以流向节点（现在技术上是阴极）时，电池就被认为已充满电。

硅已被广泛探索作为锂离子电池阳极的候选材料，因为与使用的同等石墨阳极相比，它可以容纳多达 10 倍的锂离子在当今大多数锂离子电池中。但硅在充电时会膨胀至其尺寸的三倍，这可能会损坏电池。纳米级硅可以缓解这个问题，但这样的系统需要复杂且昂贵的生产过程。

然而，在这项新研究中，科学家们选择了与弹性凝胶电解质相连的微米级硅颗粒，该电解质可以分散由膨胀的硅阳极引起的内应力。这可以防止电池退化，同时又不会影响导电性。

由于微米级颗粒比纳米级颗粒大 1,000 倍，因此这种新型电池系统为高充电容量硅阳极铺平了道路，而无需进行昂贵的生产。

“我们使用了微硅阳极，但我们拥有稳定的电池。这项研究使我们更接近真正的高能量密度锂离子电池系统，”研究合著者 Soojin Park，韩国浦项科技大学化学教授在一份声明中说道。

拉伸硅胶

为了使这种硅凝胶电解质系统发挥作用，科学家们用电子束照射凝胶聚合物，在微米级硅颗粒和电解质之间形成共价键。

通过连接阳极和电解质，凝胶的弹性特性可以吸收和消散硅膨胀的应力。凝胶电解质还可以减轻硅膨胀时出现的一些裂纹，从而提高硅电极的结构稳定性；从理论上讲，这应该会带来更耐用的锂离子电池。

总体结果是锂电池“能量密度提高了约 40%”，离子电导率与使用液体电解质的电池相似。简而言之，这意味着锂离子电池可以容纳更多带正电的离子——本质上具有更大的能量容量——同时保持高效的能量传输。

在实际使用中，这可能意味着消费设备的电池寿命更长，而电动汽车电池一次充电的续航里程可能超过 620 英里。研究人员还表示，与纳米级硅颗粒相比，微米级硅颗粒系统可能更具成本效益，并且几乎可以立即适应当今的生产方法。

科学家们在论文中表示：“这种集成策略只涉及电子束的应用，可以很容易地应用于现有的电池生产线。”