一项可以大幅增加电动汽车电池续航里程和缩短充电时间的技术可能很快会应用于更多的汽车。这项技术将锂离子电动汽车电池负电荷阳极上通常使用的石墨换成了硅。

松下最近宣布与制造硅阳极的西拉纳米技术公司合作，在2024年将该技术整合到公司现有的电池生产线中。相关内容：电动汽车电池是如何工作的，什么会影响它们的性能？

2023年销售了1400万电动汽车，预计未来几年它们的受欢迎程度将会提高。目前，这些汽车使用高性能锂离子电池。虽然这些电池每天都在变得更好，但一些障碍仍然限制了它们的可用性和便利性。

“电池根据其尺寸和重量储存能量的能力，也就是所谓的能量密度，是电动汽车的一个关键因素，因为它会影响它们一次充电所能覆盖的距离，”美国西扎能源公司首席科学官阿津·法希米告诉《生活科学》，“另一个关键方面是功率密度，它指的是电池供电的速度。”

换句话说，如果一辆汽车在充电之间不能走得很远，那对许多消费者来说是不可能的。那么，为什么新的硅阳极对续航里程和充电时间有如此巨大的影响呢？

电池依靠被称为离子的带电粒子在电极或两个电导体之间的运动。在充电过程中，锂离子从正极（阴极）移动，通过称为电解质的导电溶液，进入负极（阳极），在那里储存，直到需要电力。法希米说：“当电池为设备提供电力时，锂离子从阳极移回阴极。”“离子的这种运动允许电子流过外部电路，产生电流为设备供电。”

因为离子储存在阳极上，直到需要它们为汽车供电，阳极材料对电池的性能起着至关重要的作用。法希米说：“一种好的阳极材料应该具有高锂储存能力，以确保高能量密度，良好的导电性，以促进高效的电子流动，[和]快速离子传输，以实现快速充电能力。”她补充说，阳极还需要一个稳定的结构，当离子进出时，体积不会改变，因为这会损坏表面。

传统上，锂离子电池使用石墨阳极。这种导电材料的分层结构意味着离子可以进出阳极而不会改变体积。

然而，法希米说，由于其化学成分，每克硅可以容纳十倍以上的能量。

“这种更高的容量意味着硅可以储存更多的锂离子，从而为电池带来更高的能量密度，”法希米说。“更高的能量密度意味着电动汽车一次充电的续航里程更长。”

不幸的是，当充满锂离子时，硅会膨胀到原来尺寸的三四倍，导致“机械应力和阳极材料的最终降解”，她说。

因此，硅阳极的仔细纳米级设计对于克服这一挑战至关重要。在后续工作中，Fahimi在Siza的团队和Sila的团队正在努力解决这个问题。

编者按：这个故事在美国东部时间上午10:15更新。为了纠正电池使用的材料；它是石墨，不是石墨烯。