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電極設計與電子和離子傳輸密切相關，是影響全固態電池性能的重要因素。為實現先進的儲能設備，迫切需要深入了解電荷載流子的運動及其與電極結構的關系。

韓國大邱慶北科學技術院Yong Min Lee、電子與電信研究所Ju Young Kim等提出了一種主要由石墨和硅混合活性材料組成的簡單電極配置，以同時滿足全固態電池的高功率和高能量密度。

圖1 不同電極的結構和鋰離子傳輸示意圖

該電極可有效地利用活性材料顆粒之間的相互擴散進行充電/放電。機械順應性石墨可以適應硅的體積變化，并不斷為硅提供豐富的電子，從而實現穩定的電化學反應。與石墨相比，硅具有更高的體積容量，縮短了電極中的有效擴散路徑，同時增加能量密度。

此外，作者發現石墨-硅擴散依賴性電極的性能高度依賴于硅顆粒尺寸，特別是納米級硅的使用導致其在整個電極中的均勻分布，這增加了石墨和硅之間能夠相互擴散的接觸面積，并減少了擴散率相對較低的團聚硅中的擴散。

圖2 石墨/微米硅電極的表征和性能

基于優化的電極組成，硅納米顆粒占活性材料總重量（石墨/硅90/10，wt%）10wt%的全固態電極穩定地提供了2.94 mAh cm^-2和997 mAh cm^-3的高面積和體積容量，即使在高電流密度(1.77 mA cm^-2)下也保持了2.76 mAh cm^-2和935 mAh cm^-3。

從這些結果來看，作者認為電極設計對于實現高性能全固態電池至關重要，這種有趣而簡單的電極結構將是一種有效的電極配置，也將刺激高性能全固態電池合理電極設計的研究。

圖3 石墨/納米硅為90/10（wt）的電極的電化學性能

Graphite–Silicon Diffusion-Dependent Electrode with Short Effective Diffusion Length for High-Performance All-Solid-State Batteries. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202103108

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AEM：石墨-硅擴散依賴電極助力高性能全固態電池

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