广泛的应用需要高性能电池，并且对它们的需求正在快速增长。这就是为什么电化学储能系统(包括电动汽车系统)的研究和开发是全球材料科学最重要的工作领域之一。重点不仅在于电池的充电容量和充电速度，还在于寿命、安全性、原材料的可用性以及CO 2平衡。

化学家 Hanyu Huo 博士和 Jürgen Janek 教授(均为吉森大学 Justus Liebig 大学)、物理学家 Kerstin Volz 教授博士(马尔堡大学)、材料科学家 Dierk Raabe(杜塞尔多夫马克斯普朗克铁研究所)和理论材料科学家 Chandra Veer Singh 教授(加拿大多伦多大学)及其团队研究了固态电池中硅阳极的特性。

他们得出的结论是，这些阳极具有提高这些电池性能的巨大潜力。他们关于硅电极的稳定性、化学力学和老化行为的研究结果现已发表在《自然材料》杂志上。

为了进行研究，研究团队结合了各种实验和理论方法，定量评估了电极中锂的传输、充放电过程中硅的强烈机械体积变化以及与固体电解质的反应。

该研究的作者之一贾内克教授表示：“这种全面和基础的分析是朝着可能使用硅作为固态电池电极材料迈出的重要一步，这也是目前国际深入研究的焦点。”

固态电池是锂离子电池的先进概念，目前采用液态有机电解质。最终目标是使用固体电解质，这有望实现更好的存储性能、更长的使用寿命和更高的安全性。近10年来，固态电池的发展一直是全球范围内深入研究的课题，Janek教授领导的Giessen团队是该领域的领先学术团体之一。

在电池的充电过程中，锂被吸收在负极(阳极)中。 “这会导致电池阳极的硅膨胀数百%，从而导致固态电池出现相当大的机械问题，”Janek 教授解释道。

“此外，受欢迎的固体电解质会与储存的锂发生反应，这也会导致容量损失。我们最近发表的工作首次对这些方面进行了详细的定量评估。”

在开发可与传统锂离子电池竞争的更强大的固态电池时，阳极应由具有特别高存储容量的材料形成，最好是锂金属。然而，这在工作条件下存在内部短路的风险，因此正在研究硅作为具有类似高存储容量的替代品。

Janek 教授表示：“我们的研究结果表明，硅阳极在固态电池中具有巨大的应用潜力，可以通过巧妙地调整电池中的接口来加以利用。”

需要额外的材料概念来克服硅阳极的化学和化学机械老化。正如来自德国和加拿大的研究团队已经证明的那样，该解决方案的一部分可能是聚合物夹层。