硅是一种有吸引力的全固态电池（ASSB）负极材料，因为它具有高能量密度，而且比锂金属更安全。传统的硅粉复合电极有明显的内部空隙和有害的界面，抑制了锂的传输和寿命。
图1. ASSB用硅片的电池性能
首尔大学Jongwoo Lim等证明了经过表面处理的薄硅片可以作为无添加剂、无电解质和无空隙的单片电极，它可以在室温（25℃∼）下实现高面积容量。研究显示，单片硅结构允许锂在厚电极上快速传输，致密的固体电解质界面可以有效地抑制在液态电解液中发现的裂缝和粉化现象，增强了界面稳定性和循环保持力。实验结果清楚地表明，在液态电解液电池中被忽视的硅片，作为下一代ASSB的电极具有巨大的潜力。
图2. 表面处理的＜110＞晶片
此外，结合现代微细加工技术，其表面、厚度、结晶度和缺陷等都可以被精密地设计，以提供卓越的能量密度、倍率能力和循环寿命。具体来说，硅片可以被精确和系统地微细化和蚀刻，以优化单片硅几何形状的单位尺寸和它们之间的距离。这样的几何形状可以最大限度地减少膨胀时的扩张，并允许固态电解质有效地渗入，以实现快速的锂通道和长循环寿命。
结果，无空隙单片纯硅电极可以在室温下的半电池中实现高达10 mAh cm-2的面积容量，并在60℃下的全电池中实现8.8 mAh cm-2。
图3. 开槽的<110>晶片的性能
Monolithic 100% Silicon Wafer Anode for All-Solid-State Batteries Achieving High Areal Capacity at Room Temperature. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00496
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