多年來，電池制造商一直試圖用硅材料替代鋰離子電池中的石墨陽極，這將大大延長電動汽車的續(xù)航里程。一些帶有硅陽極的電池正慢慢出現(xiàn)在可穿戴設(shè)備和電子產(chǎn)品的市場。一些公司正在開發(fā)的這些富含硅的陽極配方通常使用氧化硅或硅和碳的混合物。

但加州歐文市的Enevate公司正在使用一種主要由純硅制成的工程多孔膜。這種新型陽極材料的發(fā)明者兼首席技術(shù)官Benjamin Park花了10多年的時間研發(fā)，使其除了具有價格低廉的特點之外，它還將使電動汽車的單次充電續(xù)航里程比現(xiàn)在的電動汽車提高30%。更重要的是，Enevate設(shè)想的電池可以在5分鐘內(nèi)充滿電，提供400公里的行駛里程。

電池和汽車行業(yè)的大牌們都在關(guān)注著。汽車制造商雷諾、日產(chǎn)和三菱，以及電池制造商LG-Chem和三星都是投資者。而鋰電池先驅(qū)、2019年化學諾貝爾獎得主John Goodenough也在該公司的顧問委員會中。

當鋰離子電池充電時，鋰離子從陰極移動到陽極。陽極能容納的離子越多，它的能量容量就越大，電池的運行時間也就越長。理論上，硅的能量是石墨的十倍。但它也會急劇膨脹和收縮，在幾次充電周期后就會解體。

Image: EnevateEdge of punched double-sided finished anode, with copper foil in the middle.

為了解決這個問題，像特斯拉這樣的電池制造商今天只在石墨粉中加入了一點點硅。粉末與一種叫做粘合劑的膠狀塑料混合，然后涂在一層薄銅箔上制成陽極。但是，Park說，鋰離子首先與硅反應(yīng)，然后才與石墨反應(yīng)。他說：“硅仍然會膨脹很多，塑料粘合劑也很弱。”他解釋說，隨著硅含量的增加，整個電極更容易降解。

Enevate不使用塑料粘合劑。相反，它的專利工藝直接在銅箔上形成10到60微米厚的多孔硅膜。上面的櫻桃是一層納米厚的保護膜，Park說，這種保護膜“防止硅與電解液反應(yīng)”，這種反應(yīng)也會損壞電池。

該工藝不需要高質(zhì)量的硅，因此這種類型的陽極成本低于相同容量的石墨陽極。而且由于這種材料主要是硅，鋰離子可以很快地進出，在5分鐘內(nèi)將電池充電到75%的容量，而不會造成很大的膨脹。

Park說，通過將硅陽極與鎳錳鈷等傳統(tǒng)陰極材料耦合，他們制造出了能量密度高達每公斤350瓦時的電池，比當今鋰離子電池的比能量高出約30%。Enevate表示，目前正與多家主要汽車公司合作，為2024-25車型年的電動汽車開發(fā)標準尺寸的電池。