如果用硅代替陽(yáng)極中的石墨，你可以在鋰離子電池的陽(yáng)極中注入更多的能量。硅的存儲(chǔ)容量大約是它的10倍。

但是在充電過(guò)程中硅會(huì)膨脹，這會(huì)破壞電池內(nèi)部。石墨幾乎不會(huì)膨脹，因?yàn)樵诔潆娺^(guò)程中，它在一個(gè)原子厚的層之間滑動(dòng)進(jìn)入的鋰離子。這個(gè)過(guò)程叫做插層（intercalation），不涉及任何化學(xué)變化。但它與硅不同：硅和鋰結(jié)合形成鋰硅化物，一種體積龐大的合金。

許多公司正試圖通過(guò)微調(diào)硅片或顆粒的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)解決此問(wèn)題，通常是通過(guò)自下而上的方式來(lái)構(gòu)建。我們（作者，以下簡(jiǎn)稱我）已經(jīng)寫了其中的一些，包括 Sila Nanotechnologies，Enovix，和XNRGI。

現(xiàn)在，新奧爾良的一家初創(chuàng)公司Advano開始采用自上而下的方法，盡快實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。Advano計(jì)劃只是研磨大塊材料，主要是從太陽(yáng)能電池板中重新利用硅，直到得到足夠好的納米顆粒。

“我們從散裝材料開始，縮小尺寸；這就像研磨，而且它是無(wú)限可擴(kuò)展的，”剛剛從隱形模式中脫穎而出的Advano創(chuàng)始人Alexander L.Girau說(shuō)。“沒(méi)錯(cuò)，你得到的尺寸分布很廣；它不像自下而上的過(guò)程那樣可控，你從氣體或液體開始，然后讓它自行組裝。同樣，這將是一個(gè)美麗的，微調(diào)材料。但你到底是怎么衡量的？”

規(guī)模是材料公司的一切，而材料就是Advano的全部。它不生產(chǎn)電池，甚至陽(yáng)極，除了用于研究的有限數(shù)量。它關(guān)注的是硅粒子，它能以噸為單位制造它們。

Girau說(shuō)：“我們的年生產(chǎn)能力是1噸，我們正在完成一個(gè)至少能生產(chǎn)10噸的工廠。我們可以擴(kuò)大到數(shù)千噸。這是我們每天實(shí)際生產(chǎn)公斤數(shù)的最高產(chǎn)能，這也是客戶想要測(cè)試的?！?/p>

一千噸硅幾乎不足以儲(chǔ)存5千兆瓦時(shí)的鋰離子電池。BloombergNEF的一項(xiàng)研究項(xiàng)目顯示，到2040年，在車輛和固定裝置上安裝的電力存儲(chǔ)容量將從2018年的17千兆瓦提高到4600千兆瓦。

Advano的主要原料是硅，比如太陽(yáng)能電池板。它將其加工成硅納米顆粒，然后將其整合到微米級(jí)的碳基體中?；瘜W(xué)處理使碳化硅纖維從每個(gè)顆粒內(nèi)部向外生長(zhǎng)，在表面形成一種桃子絨毛。絨毛與其他顆粒上的絨毛相連，提供機(jī)械支撐。

“它看起來(lái)像石墨，我們可以像石墨一樣加工，但里面有硅，”Girau說(shuō)。“我們保護(hù)硅表面不被降解?！?/p>

電池制造商可以將粉末以不同的濃度引入石墨陽(yáng)極中。濃度越高，存儲(chǔ)容量就越大。

Girau說(shuō)：“為了更快的充電速度，我們將其“烘焙”得更多，使其更具導(dǎo)電性?！?/p>

不同的客戶會(huì)使用不同的比例，這取決于他們?cè)噲D優(yōu)化的規(guī)格，以獲得絕對(duì)容量、循環(huán)壽命或安全性。例如，Girau說(shuō)，如果客戶需要電池在不需要冷卻的情況下維持1000次充電循環(huán)，硅可以占到陽(yáng)極的15%。但對(duì)于某些消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可能只需要250次充電循環(huán)的電池，就可以達(dá)到70%的硅含量，甚至更高。

使用全硅陽(yáng)極本身可以提高40%的存儲(chǔ)容量。你還可以通過(guò)重新設(shè)計(jì)陰極和電池的其他部分做得更好。

Advano是一家小公司，只有20名員工，最初募集的資金只有1200萬(wàn)美元，在這個(gè)行業(yè)并不算多。今年9月，它與日本電池材料公司三井重工（Mitsui）建立了合作關(guān)系，三井重工為日本頂級(jí)原始設(shè)備制造商提供電池材料。