沃里克大學WMG領導的新研究發現，用石墨烯加強陽極結構，用矽取代鋰離子電池陽極中的石墨是一種有效的方法。這可以使可充電鋰離子電池的使用壽命延長一倍以上，並且也增加了這些電池所提供的容量。
自從索尼最初推出石墨以來，石墨一直是鋰離子電池陽極活性材料的默認選擇，但研究人員和製造商長期以來一直試圖用矽取代石墨，因為它是一種十倍於重量的豐富元素石墨的能量密度。不幸的是，矽片還有其他一些性能問題，繼續限制其商業開發。由於鋰化時的體積膨脹，矽粒子可能會以阻礙進一步的充電 - 放電效率的方式電化學聚集。矽在反复充電時也不具有足夠的彈性以應付鋰化應變，導致陽極複合材料微觀結構的破裂，粉碎和快速物理降解。這極大地影響了容量衰減，以及在對電極上發生的退化事件 - 陰極。以手機為例，這就是為什麼我們不得不長時間為手機充電，而且這也是為什麼他們只要新手就不收費的原因。
許多方法都試圖克服這些問題。例如使用具有微米尺寸石墨烯的納米尺寸/結構化矽顆粒，但是這並不令人滿意。使用納米尺寸的矽顆粒顯著增加了可用的反應表面的量。這導致在第一次充電循環期間在矽上沉積更多的鋰，從而在矽和電解質之間形成固體 - 電解質相間隔離層，並因此大大減少了鋰存量，從而大大降低了電池的有用壽命。這個層也繼續在矽上生長，所以鋰損失變得連續。其他結合其他材料（例如不同尺寸的石墨烯）的其他方法已被認為不適用於隨後進入大規模生產。
然而，華威大學WMG的Melanie Loveridge博士領導的一項新研究發現和測試了一種新的矽陽極混合物和一種化學修飾的石墨烯，可以解決這些問題，並創造出可行的矽陽極鋰離子電池。這種方法實際上可以在工業規模上製造，而不需要求助於納米尺寸的矽及其相關問題。這項新研究剛剛在2018年1月23日星期二發表在科學報告中，在一篇題為“矽 - 少量石墨烯（FLG）複合電極系統的相關阻抗研究”的論文中。
石墨烯當然是礦物石墨（碳的同素異形體）的單個，一個原子厚的層。然而，也可以分離和操縱幾個連接的石墨烯層，使得材料研究者將其稱為少層石墨烯（FLG）。以前的研究已經測試了使用納米尺寸矽的FLG，但是這項新的研究發現FLG還可以顯著改善用於陽極的較大尺寸的矽微粒的性能。這樣的混合物能夠顯著延長鋰離子電池的使用壽命，並且還能提供更高的功率。
研究人員創造了60％微矽顆粒，16％FLG，14％鈉/聚丙烯酸和10％碳添加劑的混合物的陽極，然後檢查了超過100的性能（以及材料結構的變化）充放電循環。
沃里克大學WMG高級研究員領導研究的Melanie Loveridge博士說：
“FLG的薄片在整個陽極混合起來，就像一組強力但相對有彈性的桁材，這些FLG薄片增加了材料的彈性和彈性，大大減少了矽在鋰化過程中物理膨脹所造成的損害。石墨烯增強了陽極的遠距離電導率，並在結構穩定的複合材料中保持了低電阻。
“更重要的是，這些FLG薄片在保持矽顆粒之間的分離度方面也可以證明是非常有效的，每個電池充電循環增加了矽顆粒電化學焊接的可能性，這種增加的聚集越來越少，到電池中的所有顆粒，阻礙了鋰離子的有效擴散，這當然會降低電池的壽命和功率輸出。沃里克沃里克大學測試混合物中FLG的存在導致研究人員推測這種現像是非常有效的在緩解電化學矽熔合方面得到了系統的研究支持“
WMG研究小組已經開始進一步研究這項技術進步，其中包括進一步的研究和研究，作為由Varta Micro-innovations領導的石墨烯矛頭兩年項目的一部分，華威大學的WMG是劍橋大學的合作夥伴， CIC， Lithops和IIT（意大利理工學院）。該項目的主要目標是推進矽/石墨烯複合材料的前工業化生產及其後續加工成為高能量和高功率應用的鋰離子電池。作為該項目的一部分，沃里克的WMG將優化電極研究，擴大規模並優化鋰離子電池袋裝電池製造。
