據外媒報道，美國能源部西北太平洋國家實驗室（the U.S. Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）的科學家們找到了一種新方法，能夠利用此種前景很好、但是問題也多多的儲能成分。矽通常用於計算機晶片和很多其他產品，因每克矽的電荷量是石墨的10倍，因而備受關注。問題是，矽在遇到鋰時，會急劇膨脹，而且過於脆弱，無法承受製造電極時的壓力。

（圖片來源：西北太平洋國家實驗室）

為了解決此類問題，PNNL的研究人員研發了一種獨特的納米結構，可以限制矽膨脹，同時還用碳將其強化。該研究可能會為其他類型的電池提供新型電極材料設計，並最終有助於提高電動汽車、電子設備和其他設備鋰離子電池的能量容量。

作為一種導電且穩定的碳，石墨非常適合用於在充電時將鋰離子填入陽極中。與石墨相比，矽能夠吸收很多的鋰，但是體積也會膨脹3倍，導致陽極破裂。研究人員將微小的矽顆粒聚集成直徑約為8微米的微球（大約是一個紅血球大小），打造了多孔矽。

研究人員表示：「例如，像石頭等固體材料，如果體積膨脹得太大就會破裂。我們打造的結構更像海綿，內部有空間會吸收膨脹。」

研究發現，當比普通石墨電極多容納兩倍電荷時，多孔矽結構電極的厚度變化小於20%。與之前的多孔矽不同，得益於讓微球變得像紗線球的碳納米管，該微球也表現出非凡的機械強度。

研究人員通過在碳納米管上塗覆氧化矽，分幾個步驟打造了該結構。接下來，該納米管被放入水與油的乳狀液體中，然後加熱至沸騰。研究人員表示：「當水蒸發時，塗覆了氧化矽的碳納米管會凝結成球狀。然後，用鋁和更高的熱量，將氧化矽轉化為矽，再浸入到水和酸中，除去衍生物。」該過程會產生一種由碳納米管表面微小矽微粒組成的粉末。

研究人員利用原子力顯微鏡探針測試了該多孔矽球的強度，結果發現，其中納米大小的紗線球在非常高的壓縮力下會產生輕微的彎曲，並失去一些孔隙，但是不會破裂。

這一結果對於實現此種材料的商業化是一個好兆頭，因為陽極材料在製造過程中必須能夠承受滾軸的高壓縮力。研究人員表示，下一步將研發更具擴展性、更經濟的方法，來製造矽微球，從而未來能夠生產出新一代高性能鋰離子電池。