在相同重量下提升续航里程：硅电池通过实验室测试

电池研究取得重大进展：采用富硅负极的薄膜电池在测试中经历了1,000次循环后，其容量仍保持在80%以上。哪些参数起着关键作用，以及这一进展对电动汽车意味着什么，请见下文。

图片来源：Fraunhofer ISE

在“StrOboBatt”项目中，弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（ISE）的科研人员成功让一款采用富硅阳极的自制25安时薄膜电池完成了1,000次以上的全循环测试。测试结束后，该电池的剩余容量仍超过83%。这一成果标志着该研究项目在电池开发领域达到了一个重要里程碑：能够承受1,000次全循环且容量保持率在80%以上，已被视为实现商业应用的最低标准。

硅：高能量密度，但膨胀系数极大

薄膜电池的独特之处在于其富含硅的负极，因为与传统石墨负极相比，它能实现更高的能量密度。不过目前还不能将硅用作负极材料，因为在充电时硅会因吸收锂离子而体积膨胀多达300％（即变为原来的四倍），而在放电时又会收缩。这种剧烈的体积变化会导致电极内部失去电接触，进而加速电解质的降解。其结果是电池老化速度过快，无法实际应用。作为对比，石墨的体积膨胀幅度仅约为10％到12％。

为降低因过度膨胀带来的机械应力，弗劳恩霍夫ISE研究所的科研人员采用了硅碳复合材料，该材料占阳极活性材料的51%。结合富含镍的阴极，他们在接近工业生产条件的试验线上制造出了这种薄膜电池。

压力与充放电特性是关键因素

在实验室中，这些电池原型在充放电过程中还承受着1,000千帕（约10巴）的轴向压力。即便材料发生移动，电极间的接触依然保持稳定。而在300千帕（约3巴）的较低压力下，其可用容量则会更快下降。由此可见，外部施加的机械压紧力是一个至关重要的参数。

此外，在模拟日常动态负荷的测试中发现，高负载下的可用容量下降速度比在温和测试条件下的要快。这一结果为未来在电动汽车中的应用提供了重要参考，相关电池管理系统必须将此因素纳入考量。

经测试的电池单元的重量能量密度达到了280瓦时/千克。不过弗劳恩霍夫ISE研究所表示，通过工业化的优化生产，这一数值可提升至约330瓦时/千克。拥有330瓦时/千克能量密度的电池，其性能将比现有的NMC和NCA电池提升20%至35%，相比LFP电池则几乎实现性能翻倍。

用于提升续航里程的欧洲原材料

在实际应用中，这意味着电动汽车可以保持相同的电池重量，而储能容量可从目前的约75千瓦时提升至接近100千瓦时。这样一来，中型车辆的实际续航里程可从大约450公里提升至600公里以上。

除了提高续航里程外，这项技术还为相关产业带来了战略优势。由于目前石墨大多需要从欧洲以外地区进口，而硅复合材料可以在本地合成获取，因此更多使用这类材料有助于将原材料的附加值部分转移到欧洲境内。