电动汽车的出现催生了对高能量密度锂离子电池的需求。这导致了具有大电荷存储容量的阳极的发展。不幸的是，这种存储容量往往会在多次充电/放电循环中下降，从而缩短电池寿命。
电池续航时间短是由于循环过程中阳极的体积变化不可逆，导致电触点退化和结构塌陷。在充电过程中，锂离子从阴极移动并与阳极中的纳米颗粒结合。在放电过程中，锂离子移回阴极。随着时间的推移，阳极中的纳米颗粒在电极 - 电解质界面处开裂并聚集在一起。这会导致电气断开，从而减少阳极可以存储或运输的电荷量。
在2022年3月21日在线发表在《材料化学杂志A》上的一项研究中，韩国光州科学技术研究所(GIST)的研究人员开发了一种修改传统阳极以改善电池循环性能的新方法。“作为从事该领域的研究小组之一，我们希望开发一种电极工艺，能够根据电池行业的快速增长增加能量密度，”该研究的通讯作者之一Hyeong-Jin Kim教授说。
研究人员开发的方法加强了阳极，并通过将纳米颗粒封装在弹性网状结构中使其对体积变化更具弹性。
为了证明他们的方法，研究人员使用了一种传统的阳极，该阳极含有由聚合物(聚偏二氟乙烯)粘合剂固定在一起的硅纳米颗粒。为了适应腹板状结构，他们通过使用退火工艺加热阳极来去除粘合剂。然后用还原的氧化石墨烯(rGO)溶液填充纳米颗粒之间的间隙，其干涸形成一个将硅纳米颗粒保持在一起并防止它们开裂的网。此外，该网为电子提供了导电途径，允许纳米颗粒与锂结合。
研究人员使用一种称为“旋涂”的技术在阳极表面涂覆rGO。rGO涂层用作沉积由氧化锌与镁和镓金属氧化物(MGZO)组成的保护层的种子层。该MGZO层为阳极提供了结构稳定性。
经过测试，改进的阳极即使在几次充电/放电循环后仍能保留大部分电荷。“该结构保留了1566 mA h g的高存储容量-1 经过500次循环后，显示出91%的库伦效率，这与电池寿命有关。这可以为电动汽车铺平道路，使我们能够在一次性充电时行驶很长的距离，“Kim教授强调说。
虽然研究人员使用了硅阳极，但开发的方法适用于其他负极材料，如Sn，Sb，Al和Mg。此外，无论阳极是如何制造的，都可以对其进行修改，使其成为提高电池寿命的普遍适用方法。
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