廣泛的應用需要高性能電池，並且對它們的需求正在快速增長。這就是為什麼電化學儲能係統（包括電動車系統）的研究和開發是全球材料科學最重要的工作領域之一。重點不僅在於電池的充電容量和充電速度，還在於壽命、安全性、原料的可用性和二氧化碳₂平衡。

化學家Hanyu Huo 博士和Jürgen Janek 教授（皆為吉森大學Justus Liebig 大學）、物理學家Kerstin Volz 教授博士（馬爾堡大學）、材料科學家Dierk Raabe（馬克斯普朗克鐵研究所，杜塞爾多夫）和理論材料科學家 Chandra Veer Singh 教授（加拿大多倫多大學）及其團隊研究了矽陽極的特性固態電池。

他們得出的結論是，這些陽極具有提高這些電池性能的巨大潛力。他們關於矽電極的穩定性、化學力學和老化行為的發現現已被發表在日記中自然材料。

為了進行研究，研究團隊結合了各種實驗和理論方法，定量評估了電極中鋰的傳輸、充放電過程中矽的強烈機械體積變化以及與矽的反應。固體電解質。

該研究的作者之一賈內克教授表示：“這種全面和基礎的分析是朝著可能使用矽作為固態電池電極材料邁出的重要一步，這也是目前國際深入研究的焦點。”

固態電池是鋰離子電池的先進概念，目前採用液態有機電解質。最終目標是使用固體電解質，這有望實現更好的儲存性能、更長的使用壽命和更高的安全性。近10年來，固態電池的發展一直是全球深入研究的課題，Janek教授領導的Giessen團隊是該領域的領先學術團體之一。

電池充電過程中，鋰被吸附在負極，陽極。「這會導致電池陽極的矽膨脹數百%，從而導致固態電池出現相當大的機械問題，」Janek 教授解釋道。

“此外，受歡迎的固體電解質會與儲存的鋰發生反應，這也會導致容量損失。我們最近發表的工作首次對這些方面進行了詳細的定量評估。”

在開發能夠與傳統鋰離子電池競爭的更強大的固態電池時，陽極應該由具有特別高儲存容量的材料形成——最好是鋰金屬。然而，這在工作條件下存在內部短路的風險，因此正在研究矽作為具有類似高儲存容量的替代品。

Janek 教授表示：“我們的研究結果表明，矽陽極在固態電池中具有巨大的應用潛力，可以透過巧妙地調整電池中的介面來加以利用。”

需要額外的材料概念來克服矽陽極的化學和化學機械老化。正如來自德國和加拿大的研究團隊已經證明的那樣，該解決方案的一部分可能是聚合物夾層。