从手机到电车，锂离子电池改变了我们的用电方式。世界各国都在推动净零碳排放的进程，因此锂离子电池将会是交通网络脱碳和可再生能源转型的重要一环。

为了使电池具有更高的能量密度（比如电车就可以有更长的续航里程），挪威科技大学（Norwegian University of Science and Technology,NTNU）的研究人员正在研究使用不同材料来制造电池的关键组件。

以硅代替石墨

电池是通过一种叫做电解质的液体在两个电极（一个带负电的阳极和一个带正电的阴极）之间移动带电粒子来储存能量的。在锂离子电池中，锂离子在电池充电时从阴极移动到阳极，并储存在阳极中。现有的大多数锂离子电池都使用石墨作为阳极，但是用硅代替石墨可以显著增加电池的能量密度。

NTNU 的材料科学与工程部（Department of Materials Science andEngineering）教授Ann Mari Svensson 说道：“在锂离子电池中，我们希望阳极和阴极材料能够储存尽可能多的锂离子，而硅就可以。”

克服易燃风险

众所周知，锂离子电池的问题是易燃，解决这一问题的主要途径就是替换电解质。电解质是电池的关键组件，是离子在电极之间传导的载体。

Svensson 和同事正在研究如何使用离子液体（本质上是一种熔点很低的盐，

在室温下呈液态）来使硅电极的电池更安全。Svensson表示：“目前，液态电解质是引起电池高温的部分原因，如果能够用新的离子液体替换液态电解质，那电池就不再容易引发火灾。”

发表在《电化学学会杂志》上的一篇研究显示，Svensson 和他的团队评估了硅阳极和离子液体电解质组成的电池在高温环境下的性能。

升高电池温度有助于提高导电性电池温度升高会增强电解质中锂离子的导电性，从而解决了离子液体在室温下不能很好地传导锂离子这一问题。这证明了电池可以在高温下工作，且也使操作容易过热的大容量电池组更加简单。

Svensson 说：“一般情况下，当电池运行时，需要给其降温。理论上讲，其实可以不用降温。”

在他们的研究过程中，Svensson 团队看到了一些令人惊讶的结果。Svensson 分享道：“我们之前在室温下研究过这些离子液体，但将其加热到60℃时，其导电性发生了变化，曾经我们认为表现最佳的离子液体也不再是最好的了。”

Svensson 补充道：“当温度升高时，其中一种离子液体的导电性能极大地提升了。”

硅表面的薄膜是关键一些离子液体电解质表现优于其他电解质，其主要原因可能是硅电极锂离子电池有一个关键特征——其硅上有一层薄膜。当电池开始充电时，锂离子会从阴极移动到阳极。在这个过程中，电解质开始分解，并在阳极表面形成一层薄膜，称为钝化层。

Svensson 提到：“一旦钝化层完全覆盖表层，就会自动停止生成。钝化层必须保持完整，否则这些电解质将几乎完全被分解。”研究人员发现，对于在较高温度下性能较好的离子液体电解质，其钝化层更强，电解质中锂离子迁移率也更高。

做好商业化前的准备工作

在NTNU 的纳米实验室，Svensson 和同事利用一种名为X 射线光电子能谱（即XPS）的技术来研究这些薄膜。Svensson 说：“ 你需要相当先进的设备来尝试辨认这些薄膜，因为它们可能只有几纳米厚。”

在证明离子液体可以使硅阳极用于锂离子电池后，Svensson 和同事们现在正致力于研究离子液体电解质如何与一种新型阴极配合使用。在此类电池实现商业化推广之前，还要克服许多困难。其一，目前离子液体不能量产，不足以支持电池的工业生产所需。其二，尽管研究表明此类电池的短期性能良好，但它们的长期性能（即现实生活中电池预期使用寿命内的性能）仍有待观察。

Svensson 坦言道：“这将是一个巨大的挑战。”