冲绳科学技术研究生院(OIST)进行的一项新研究，发现了一种可以提高锂离子电池性能的特殊内部结构。这种基于纳米技术制造的特殊结构的研究发表在《Communications Materials》杂志上，并进行了解释。大功率、便携和可充电的锂离子电池是现代技术的重要组成部分，智能手机、笔记本电脑和电动汽车中很常见。

通常石墨作为锂离子电池的负极，但这种碳材料有很大的局限性。在石墨负极中，存储一个锂离子需要6个碳原子，所以这些电池的能量密度很低。目前，在科学研究和工业领域，探索利用锂离子电池作为电动汽车和飞机动力的过程中，提高能量密度是关键。研究人员现在正在寻找能够提高存储锂离子数量的新负极材料。最有希望的候选材料之一是硅，每个硅原子可与4个锂离子结合。相同体积的硅负极材料储存的电荷量是石墨负极的10倍，即能量密度提高一个数量级。

问题是，当锂离子进入硅负极时，体积变化很大，高达400%左右，导致电极破碎并断裂。体积剧烈变化不利于电解质和负极之间保护层的稳定。电池每充电一次界面层就会跟着变化一次，直至有限的锂离子被消耗殆尽，电池寿命和可充电性能下降。

研究人员表示：“我们的目标是制造出一种强度更高的负极材料，能够抵抗这些压力，容纳尽可能多的锂，确保在失效之前有足够的循环寿命。采用的方法是利用纳米颗粒构建一种结构。2017年发表在《Advanced Science》杂志上的一篇论文中提到，现已解散的OIST纳米颗粒设计团队开发了一种类似蛋糕的层状结构，硅层与金属钽纳米颗粒形成三明治结构。……