电极设计是影响全固态电池性能的重要因素，与电子和离子传输密切相关。为了实现先进的储能器件，迫切需要深入揭示载流子的输运及其与电极结构的关系。
近日，韩国电子通信研究院Yong Min Lee报道了提出了一种简单的电极结构，主要由混合活性材料石墨和硅组成，同时满足全固态电池的高功率和高能量密度。
文章要点
1）该电极有效地利用活性物质颗粒之间的相互扩散进行充电/放电。同时，机械柔性石墨能够适应硅的体积变化，并不断地向硅提供丰富的电子，从而实现稳定的电化学反应。此外，与石墨相比，硅具有更高的容量，缩短了电极中的有效扩散路径。尤其是纳米硅可以均匀分布在电极上，增加了石墨与硅之间相互扩散的接触面积，降低了扩散系数相对较低的团聚硅中的扩散。
2）通过优化电极设计，纳米硅含量为10 wt%的全固态电极（石墨/硅90/10，wt%）的初始容量为理论容量的83.2%（2.94 mAh cm−2，554 mAh g−1），0.5 C倍率（1.77 mA cm−2）下的容量保持率为93.8%（2.76 mAh cm−2）。循环后具有较高的容量保持率（在1.77 mA cm−2电流密度下循环200次后容量保持率为72.7%）。此外，该电极在0.35和1.77 mAh cm−2时的能量密度分别为997和935 mAh cm−3。
这项研究所提出的电极结构有望促进高性能全固态电池电极合理设计的研究。
参考文献
Ju Young Kim, et al, Graphite–Silicon Diffusion-Dependent Electrode with Short Effective Diffusion Length for High-Performance All-Solid-State Batteries, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202103108
https://doi.org/10.1002/aenm.202103108
