工程師們創造了一種新型的電池，將兩個有前途的電池子領域組成一個電池。 該電池同時使用固態電解質和全矽陽極，使其成為矽全固態電池。 最初的幾輪測試表明，這種新電池是安全的、持久的、能量密集的。 它為從電網存儲到電動汽車等廣泛應用帶來了希望。

該電池技術在2021年9月24日的《科學》雜誌上有描述。 加州大學聖地牙哥分校的納米工程師領導了這項研究，並且與LG能源解決方案的研究人員合作。 矽陽極以其能量密度而聞名，它比當今商業鋰離子電池中最常使用的石墨陽極高出10倍。 另一方面，矽陽極因其在電池充電和放電時的膨脹和收縮，以及其在液體電解質中的降解而臭名昭著。 儘管其能量密度誘人，這些挑戰使全矽陽極被排除在商業鋰離子電池之外。 發表在《科學》雜誌上的新工作為全矽陽極提供了一條有希望的發展道路，這要歸功於正確的電解質。

這種全固態電池由陰極複合層、硫化物固體電解質層和無碳微矽陽極組成。 在充電之前，離散的微尺度矽顆粒構成了能量密集的陽極。 在電池充電過程中，正鋰離子從陰極移動到陽極，並形成一個穩定的二維介面。 隨著更多的鋰離子進入陽極，它與微矽反應，形成相互連接的鋰矽合金（Li-Si）顆粒。 該反應繼續在整個電極上傳播。 該反應導致微矽顆粒的膨脹和緻密化，形成緻密的鋰矽合金電極。 鋰矽合金和固體電解質的機械性能在保持二維介面平面的完整性和接觸方面具有關鍵作用。

具有高能量密度的下一代固態電池一直依賴金屬鋰作為負極。 但這對電池的充電率有限制，而且在充電過程中需要升高溫度，矽陽極克服了這些限制，允許在室溫和低溫下有更快的充電速率，同時保持高能量密度。 該團隊展示了一個實驗室規模的全電池，在室溫下可進行500次充電和放電迴圈，容量保持率為80%，這對矽陽極和固態電池界來說都是令人激動的進展。