記者從寧波大學獲悉，該校物理科學與技術學院教授陳王華團隊聯合寧波工程學院和寧波東方理工大學團隊，在全固態鋰電池負極材料領域取得重要進展。該研究通過模擬自然界的“呼吸”機制，首次研發出一種具有三維“透氣”結構的硅納米線負極，為開發硅負極全固態鋰電池提供了新的技術路徑。相關成果日前發表於國際期刊《能源存儲材料》。

全固態鋰電池因更高的安全性、更強的能量密度以及更出色的循環性能，被認為是下一代電池技術的“終極目標”。硅憑借超高的理論容量和良好的化學兼容性，被視為全固態電池中最具潛力的負極材料之一。

“硅的儲能潛力巨大，是傳統商用石墨負極的10倍。然而，在充電吸收鋰離子時，硅的體積會劇烈膨脹3倍以上。隨著充放電循環，硅會像不斷吹大又縮小的氣球，最終因‘體力不支’粉碎脫落，進而影響電池壽命。”陳王華介紹，硅在充放電過程中巨大的體積膨脹會導致嚴重的機械應力、界面脫離及電化學性能快速衰減，限制了其在大規模鋰電池中的實際應用。

科研團隊利用等離子體增強化學氣相沉積技術，創新性地設計並制備了一種電流集流體一體化的三維柱狀硅架構，使其具備獨特的“雙相”核殼結構。研究顯示，該柱狀硅負極表現出卓越的電化學性能和實用性。實驗証明，該電池在彎折甚至剪刀裁剪的情況下仍能持續供電，展現出極高的機械魯棒性和安全性。

“我們讓硅像森林裡的樹木一樣，一根根‘立’在集流體上，並且相互交織形成三維網絡。這些納米線之間留有豐富的空隙，就像給電池內部安裝了無數個‘呼吸閥’。”陳王華說，當鋰離子涌入時，硅納米線可以向這些預留的空隙處擴張，而不會擠壞周圍的電解質。（記者夏凡 通訊員邵一鳴）