導讀：美國科學家在研究鋰離子電池的矽陽極時，成功模擬了導致陽極效能急速下降的關鍵機制。科學家表示，瞭解導致矽膨脹並隨後分解的原因，是防止這種情況的重要步驟，也是生產長效、高容量電池的重要步驟。
目前在研究的很多改進的儲能技術中，用矽取代石墨是最突出的，因為矽有比石墨多儲存10倍能量的潛力。
近年來，對矽陽極的研究已經取得了很多進展，一些公司正在向商業化和大規模生產邁進。然而，要實現矽在能源儲存方面的潛力，在研究階段仍有挑戰和大量工作要做。
主要的挑戰是，當鋰離子進入該材料時，該材料往往會膨脹。最終，這將導致陽極開裂、剝落或以其他方式分崩離析，而且無法恢復其原始結構。對此提出的很多解決方案，在陽極上塗層，使用多孔矽等，已經顯示出積極的效果。
然而，到目前為止，很少有研究人員深入研究電池迴圈過程中陽極內部的工作機制，而且對於在原子層面上到底發生了什麼也存在分歧。美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家王崇民說：“很多人都想象過可能發生的情況，但之前沒有人真正證明過。”
美國太平洋西北國家實驗室的研究小組將改變這一現狀，他們將兩種複雜的成像技術，敏感元素斷層掃描和低溫掃描透射電子顯微鏡，與一種先進的演算法相結合，觀察這一過程的執行情況，發現鋰陽極實際上是向矽結構推進，然後迴流，在結構中留下巨大的空隙。這些空隙隨後被矽內部的固體電解質的發展所填補，在陽極內形成“死亡區”，迅速增加到重大容量損失。
王崇民表示：“這項工作為開發矽作為高容量電池的陽極提供了一個清晰的路線圖。”該小組總結說，改進矽陽極的最有效方法是集中於防止或限制電解質滲透到陽極。
