电动汽车续航将破千公里？硅基电池技术将如何改变我们的出行？

随着科技的迅速发展，人类对能源的需求不断增加，特别是在交通和移动设备领域。电动汽车作为一种清洁、可持续的交通方式，其普及程度日益增加，但电池续航里程和充电时间一直是限制其大规模采用的主要障碍。为了应对这一挑战，科研人员和工程师们不断探索更高效、更经济的电池技术。特别是锂离子电池，作为当前最广泛使用的可充电电池类型之一，它的性能提升对于电动汽车行业的发展至关重要。

电动汽车的普及虽在近年取得长足进步,但其动力电池的性能依然未能完全满足用户需求。当前级别的锂离子电池对于长途旅行来说尚有不足。研究人员纷纷开拓思路,其中利用硅作为阳极活性材料的方向备受关注。

在2024年消费电子展上，人工智能和医疗保健领域的未来进步成为人们关注的焦点。然而，这些创新的核心是电池技术，特别是电动汽车的电池技术。现在的电动汽车一次充电可以行驶约700公里，但研究人员的目标是让电池续航里程达到1000公里。为了实现这一目标，研究人员正在探索使用硅作为电动汽车锂离子电池的阳极材料，因为硅以其高存储容量而闻名。

然而，硅的应用面临着挑战。它在充电过程中会膨胀三倍以上，然后在放电时收缩回原来的尺寸，这会显著影响电池的效率。虽然使用纳米尺寸的硅可以部分解决这个问题，但生产过程复杂且成本高昂。相比之下，微米尺寸的硅在成本和能量密度方面更为实用，但其膨胀问题在电池运行过程中更为明显，限制了其作为阳极材料的使用。

为了解决这个问题，浦项科技大学的研究团队开发了一种新型的硅基电池系统。他们使用凝胶聚合物电解质，这种电解质以固体或凝胶状态存在，比传统的液体电解质具有更好的稳定性。研究团队利用电子束在微硅颗粒和凝胶电解质之间形成共价键，这些共价键可以分散锂离子电池工作过程中体积膨胀引起的内应力，减轻微硅体积的变化，增强结构稳定性。该研究成果于1月17日发表在《Advanced Science》在线版上。

这项研究的成果非常显著。即使使用比传统纳米硅负极大一百倍的微米硅颗粒，电池也表现出稳定的性能。此外，研究团队开发的硅凝胶电解质系统表现出与使用液体电解质的传统电池相似的离子电导率，能量密度提高了约40%。而且，这个系统的制造工艺简单，可以立即应用。

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，这对于电动汽车和其他需要高性能电池的领域来说是一个重大的突破。