美國加州大學聖地亞哥分校的納米工程師們與韓國電池製造商LG能源解決方案公司的研究人員合作，使用固態電解質和全硅陽極，創造了一種新型的硅全固態電池。最初的幾輪測試表明，新電池安全、持久且能量密集，可提供500次充放電循環，室溫容量保持率為80%，為使用硅等合金陽極的固態電池開闢了一個新領域，有望用於從電網存儲到電動汽車的廣泛領域。相關研究日前發表在《科學》雜誌上。
具有高能量密度的下一代固態電池一直依賴金屬鋰作為陽極。但這對電池充電率和充電過程中需要升高溫度（通常是60攝氏度或更高）帶來了限制。硅陽極克服了這些限制，在室溫到低溫下允許更快的充電速率，同時保持高能量密度，比當今商業鋰離子電池中最常用的石墨陽極高10倍。然而，研究人員表示，硅陽極最大的問題之一是液體電解質界面的不穩定性，這使全硅陽極無法用於商用鋰離子電池。
此次，研究人員採取了一種不同的方法：他們消除了全硅陽極附帶的碳和黏合劑。此外，研究人員使用了微硅，比更常用的納米硅所需加工更少，價格也更低。
研究人員還除去了液體電解質，取而代之的是使用了一種基於硫化物的固體電解質。實驗表明，這種固體電解質在全硅陽極電池中非常穩定。
通過上述方法，研究人員避免了電池運行時陽極浸泡在有機液體電解質中出現的一系列挑戰。
同時，通過消除陽極中的碳，該團隊顯著減少了陽極與固體電解質的界面接觸，避免了液體電解質通常發生的連續容量損失，充分發揮了硅的低成本、高能量和環境友好特性。
“固態硅方法克服了傳統電池的許多局限性。”研究人員說，“這為我們提供了更多機會，能滿足市場對更高體積能源、更低成本和更安全電池的需求，特別是在電網儲能方面。”