美国发现一种超级简单的办法，可以大幅恢复锂硅电池的容量，这一突破对于依赖电池的设备、电动汽车乃至整个能源系统来说可能带来巨大变革。这项研究已发表在10月17日《科学》杂志上。
这项研究来自斯坦福大学崔屹教授领导的团队。崔屹是一位纳米材料科学家，1976年出生于中国广西，1998年毕业于中国科技大学，34岁就成为斯坦福大学终身教授，如今是美国国家科学院院士，也是知名电池公司Amprius的创始人。
在我们的日常生活中，电池几乎是不可或缺的存在——从手机到笔记本电脑，再到电动汽车，电池为我们提供了持续的能源支持。然而，无论这些电池技术多么先进，它们的容量都会随着使用时间的增加而逐渐下降，最终需要更换电池。
崔屹教授团队的研究重点是锂硅负极电池。这类电池可以在极高的密度下利用硅来存储锂，提供更高的容量。但其致命弱点在于，硅在充放电过程中会发生剧烈膨胀，导致硅颗粒破裂，就像气球充气过度会爆裂一样。硅颗粒一旦破裂，就无法再与电极保持接触，锂也会被困住，电池容量因此而下降。
研究人员发现了一个令人振奋的解决办法：通过简单的电压脉冲，就能够重新连接这些破裂的硅颗粒，让它们重新“回归战场”。原理其实很简单，电压脉冲会在电池内部形成一个不均匀的电场，吸引脱离的硅颗粒重新靠近电极，重新参与电池的充放电过程。这个过程就像是在电池内部，进行“磁力吸引”，将散落的“士兵”召回到“前线”。
实验结果表明，只需施加4伏电压，持续五分钟，就能让这些硅碎片重新连接，大幅恢复电池的容量。实验中，电池的容量最多恢复了30%，如果电池已经经历了200次充放电循环，甚至可以将剩余容量提升140%。这意味着一个电池在衰减到一半容量时，通过这种方法可以让它“起死回生”。
目前锂硅负极电池的主要短板是寿命较短。但如果这项技术能够广泛应用，似乎可以显著缓解这一问题。这项技术虽然目前仅在锂硅负极电池中取得了成功，但它为未来的电池寿命管理带来了新的希望。只需定期通过“电压按摩”，电池的生命力便可恢复。这一突破如果能推广到其他材料或电池类型，将可能对未来能源系统产生深远影响。
参考文献：
Yang Y., Biswas S., Xu R., Xiao X., Xu X., Zhang P., Gong H., Zheng X., Peng Y., Cui Y., et al. (2024). Capacity recovery by transient voltage pulse in silicon-anode batteries. Science, 386(6719), 322-327. https://doi.org/10.1126/science.adn1749
