华威大学的一项新的研究发现，用硅来代替锂离子电池阳极的石墨烯，是一种有效的方法。这将使可充电锂离子电池的寿命增加一倍以上，同时也增加了电池的容量。
自索尼公司最初推出的锂离子电池中，石墨一直是阳极材料的默认选择，但研究人员和制造商一直在寻找一种用硅来取代石墨的方法，因为它是一种非常有用的元素，其重量是石墨的重量的十倍。不幸的是，硅还有其他一些性能问题，继续限制其商业开发。由于锂离子的体积膨胀，硅颗粒可以通过电化学结块，从而在一段时间内阻碍进一步的充放电效率。
有许多方法试图克服这些问题。以微米级石墨烯为例的纳米级/结构硅颗粒的使用，但这并不令人满意。使用纳米级的硅颗粒会显著增加可用的反应表面的数量。这导致锂在第一次充电过程中沉积在硅上，在硅和电解液之间形成固体电解质间相屏障，从而大大减少了锂的库存，从而缩短了电池的使用寿命。这一层也继续在sil上生长。
这张图展示了FLG薄片如何能够非常有效地保持硅颗粒与每个电池充电周期的分离程度。
然而，沃里克大学的Melanie Loveridge博士领导的一项新的研究发现并测试了一种新的硅的阳极混合物和一种化学修饰石墨烯的形式，它可以解决这些问题，并制造出可行的硅阳极锂离子电池。这种方法实际上可以在工业规模上生产，而且不需要借助于硅的纳米尺寸及其相关的问题。这项新研究刚刚发表于2018年1月23日，发表在一篇题为《关于硅少层的相位相关阻抗研究》的论文中。
石墨烯当然是一种单一的矿物石墨(碳的一种异形体)。然而，也有可能分离和操纵一些连接的石墨烯层，给材料研究者们称为few-layer石墨烯(FLG)。之前的研究已经测试了使用纳米级硅的FLG，但是这项新的研究发现，FLG在阳极使用时也能显著提高大微米大小的硅颗粒的性能。因此，这种混合物可以显著延长锂离子电池的寿命，同时也能提供更大的动力capa。
研究人员发明了一种由60%的微硅颗粒、16%的FLG、14%的钠/聚丙烯酸和10%的碳添加剂混合而成的阳极，然后研究了100个充放电循环的性能(以及材料结构的变化)。
这项研究的领头人、沃里克大学WMG的高级研究员梅兰妮·洛弗里奇博士说:“在整个阳极过程中，FLG的薄片被混合在一起，就像一组强大的，但相对有弹性的大梁。”这些薄片的FLG增强了材料的弹性和弹性，大大减少了硅在岩化过程中物理膨胀造成的损伤。石墨烯提高了阳极的远程导电性，并在结构稳定的复合材料中保持低电阻。
更重要的是，这些FLG薄片也能非常有效地保持硅颗粒之间的分离程度。每一个电池充电周期都增加了硅颗粒电化学焊接的可能性。这种增加的聚集会逐渐减少和限制电解液进入电池中的所有粒子，并阻碍锂离子的有效扩散，这当然会降低电池的寿命和功率输出。沃里克大学(WMG University of Warwick)测试的混合物中存在FLG，这让研究人员猜测这一现象。
WMG的研究团队已经开始进一步的工作在这个技术进步将包括进一步研究和研究作为石墨烯矛头两年项目的一部分由瓦尔塔宏,WMG华威大学是剑桥大学合作伙伴一起,中投,Lithops IIT(意大利理工学院)。该项目的主要目标是在硅/石墨烯复合材料的工业化前生产中取得进展，并将其随后加工成用于高能和高功率应用的锂离子电池。作为沃里克项目WMG的一部分。
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