圖1.   復合電極用Si團簇和平面缺陷夾雜著

美國西北大學的研究人員于2011年11月12日宣布，開發(fā)出一種可應用于鋰離子電池的新型高功率硅石墨復合陽極材料，該成果已在《先進能源材料雜志（journal Advanced Energy Materials）》上發(fā)表。
釆用現(xiàn)有的技術(shù)，鋰離子電池的能力受限于兩方面：能源的能力受限于電荷密度，并且電荷速率受限于速度，其中鋰離子使其成為從電解液進入陽極的方式。

西北大學的研究團隊結(jié)合了兩種技術(shù)來對付這兩個問題。第一，使硅穩(wěn)定，以保持充電容量最大化，他們使石墨薄片之間夾著硅集群（團簇）。這就允許鋰離子在電極上有較多的數(shù)量，同時利用石墨薄片的柔性，以適應在使用過程中硅的體積變化。

該團隊還將化學氧化過程使用于石墨薄片上，即“在平面缺陷”上，創(chuàng)建微小的孔（10-20納米），使鋰離子有“捷徑”進入陽極（見圖1）。這使電池充電所需的時間減少了高達10倍。

在石墨薄片上引入高密度、平面的、納米尺寸的碳空缺，大大提高了在硅石墨復合材料上沿著薄片的離子擴散。這種柔性的、自我支撐的三維石墨構(gòu)架納入了硅納米粒子，表現(xiàn)出優(yōu)良的速率性能和對結(jié)構(gòu)變形的耐受性，它體現(xiàn)了可有吸引力的高功率、高容量的陽極材料可應用于鋰離子電池。