«Если сравнить литиевую батарею со складом для хранения энергии, то кремний — это признанный «суперноситель» с огромным потенциалом хранения, — объяснил профессор Чен Ванхуа. — Однако этот «гигант» обладает крайне нестабильным характером: при поглощении ионов лития во время зарядки объем кремния резко увеличивается более чем в три раза. При многократных циклах зарядки-разрядки кремний ведет себя как постоянно надувающийся и сдувающийся воздушный шар, в конечном итоге «сдуваясь» из-за истощения, что приводит к внезапному сокращению срока службы батареи».

Для решения этой важнейшей задачи исследовательская группа разработала инновационное решение, позволяющее кремнию «свободно дышать» в жесткой твердотельной среде. Используя технологию плазменно-усиленного химического осаждения из газовой фазы (PECVD), они спроектировали и изготовили новую трехмерную столбчатую кремниевую архитектуру, которая напрямую интегрируется с токосъемником. Эта конструкция имеет «двухфазную» структуру типа «ядро-оболочка», полученную в результате двухэтапного процесса PECVD.

«Мы отошли от традиционного „кремниевого порошка“ и вместо этого заставили кремний „стоять“ подобно деревьям в лесу, переплетаясь и образуя трехмерную сеть на токосъемнике, — пояснил профессор Чен.  — Между этими нанопроволоками имеется множество пустот, подобно установке бесчисленных „дыхательных клапанов“ внутри батареи. Когда ионы лития поступают внутрь, кремниевые нанопроволоки могут расширяться в эти зарезервированные пространства, не разрушая окружающий электролит».

Результаты экспериментов показывают, что этот столбчатый кремниевый анод обладает исключительными электрохимическими характеристиками и практичностью. Разработанная батарея продемонстрировала способность непрерывно подавать питание даже при сгибании или разрезании ножницами, показав замечательную механическую прочность и безопасность.