很多人对电动汽车的要求总是特别的高，比如续航里程在极端天气下能稳定达到1000公里，充电速度比燃油车加油快，电池循环寿命可以达到万次不衰减，或者可以稳定使用20年。
大概是因为，电动汽车是科技产物，人们相信科技无所不能吧。
或许有一天，以上都能实现。但是科学研究是艰辛的，反复的，从实验室到量产的过程可能很漫长，也可能很快，总之，值得期待。
以电动汽车的动力电池为例，目前比较成熟并且常用的电池为磷酸铁锂电池和三元锂电池，在下一代性能更高的电池如锂空气电池、锂硫电池、固态锂电池被开发出来商用前，学术界依然在继续努力将这两种锂离子电池的性能提高到一个新的水平。
科学家试图用一种更经济更快的方式来改良电池材料，如在不改变电解质和正极材料的情况下，使用容量更高的负极材料来提高电池的性能。
比较受欢迎的是使用硅来代替石墨用作电池的负极。硅在地壳中，是第二丰富的元素，仅次于氧，材料来源丰富往往意味着比较廉价。
硅被科学家选作锂离子电池的负极材料试图代替石墨，是因为它的存储容量比石墨高了10倍。石墨的最大理论容量为372 mAh/g，而硅达到了3590 mAh/g。因此，硅有望取代石墨成为更高能量密度锂离子电池的主要负极。
然而，锂化后的硅有一个明显的缺点，充电时会膨胀三倍以上并变得不稳定，稳定性问题减缓了它的商业化进程。
鉴于硅阳极可以实现潜在的电池性能增强，研究人员一直在寻找克服膨胀和不稳定性问题的方法。
加拿大滑铁卢大学的迈克尔·波普教授的科研团队，正在研究一种涉及石墨烯涂层硅阳极的解决方案。石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲。
他们开发了一种由聚（环氧乙烷）-羧甲基纤维素水凝胶和由皱缩石墨烯壳保护的涂层应用于高容量硅负极材料的方法，这种方法让人想起带有硬壳的糖果，硬壳防止糖果高温融化。这种保护涂层的目的是在防止硅负极在充电时发生膨胀。
方法很简单，通过喷雾的形式将硅负极封装在一个保护性的、皱巴巴的石墨烯壳中，从而形成高容量、高循环寿命的锂离子电池负极。
在初步测试中，石墨烯包裹的硅阳极与半电池（一种用于实验室测试的电池电极配置）配对后，在 200次充放电循环后仍保持 79% 的容量。
实验室半电池可能不足以有说服力，他们将商用的磷酸铁锂电池的负极换成了这种改良的硅负极后组装成完整的电池。再次进行测试时，这个改良的新电池在100次循环后还保持了93.3%的容量，说明比较稳定。
前面说到硅的存储容量比石墨的高了十倍，只要将它充电时的稳定性解决，就有望代替石墨实现大容量存储，电池性能将极大提升。
纳米材料研发公司Zentek 的首席执行官格雷格芬顿对此研究结果评论道：“研究人员不仅能够在实验室规模的半电池中展示出良好的性能，而且还通过商用磷酸铁锂正极验证了该性能，这表明它们可以成为增强现有电池技术的直接解决方案。”
虽然这种石墨烯涂层硅负极技术在商业化之前需要进一步的开发和优化工作，但 Zentek 公司打算和滑铁卢大学的这个研究团队合作，计划继续研究这种有前途的锂离子电池技术。
上个月，他们将研究结果发表在了学术期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，同时为这种新开发的负极材料申请了专利，下一步是将这项技术推向市场。
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作者为中国科学院博士，美国藤校研究员，科学技术控，接触一线科技研发，乐于分享，欢迎关注科技酷探。
关键词： 锂离子电池
