以色列特拉维夫大学的研究人员开发了一种新型激光制造硅-石墨烯负极，为锂离子电池提供了高容量和极低的性能衰减。这项技术有望提升电池寿命和充电速度，特别是在电动汽车和便携式电子设备中应用。

随着对先进锂离子电池需求的增加，硅因其高理论容量被视为替代传统石墨负极的潜力材料。然而，硅负极在实际使用中面临效率低、循环结构不稳定和预锂化困难等挑战。为应对这些问题，特拉维夫大学化学学院和材料科学系教授Fernando Patolsky博士领导的团队设计了一种一步激光工艺。

该方法在环境条件下运行，使用简单的前体材料，无需复杂多步制造或活性锂金属。通过快速、低功率激光照射酚醛树脂、硅纳米颗粒和锂盐的混合物，团队制备出独立、空气稳定的预锂化复合材料。局部热量和压力触发了硅与锂盐的反应，实现原位预锂化并形成激光诱导石墨烯。

团队表示：“该方法普遍采用常见锂盐（LiOH、Li2CO3、LiNO3、LiF、LiClO4），其中LiOH因碱性促进前体致密化和增强界面接触而表现出最优性能。”这种3D多孔导电石墨烯框架支撑硅颗粒，形成核壳结构，部分锂化硅纳米颗粒被薄层硅酸锂覆盖，嵌入多孔基质中，稳定共价界面并缓冲体积膨胀。

测试显示，原型硅-石墨烯负极在电流密度为5安培每克时，经过超过2000次循环后容量保持率超过98%，与非锂化负极相比衰减微乎其微。性能评估表明，该负极提供超过1700毫安时每克的容量，初始库仑效率高于97%。

研究人员在一份声明中说：“这些负极还显示出超快充电能力，在10安培每克时保留高达其最大容量的63%。”新系统表现出强大的循环稳定性，在数千次充放电循环中性能退化极小。

团队证明了该方法的可扩展性，生产了长达20厘米的电极，具有卷对卷制造的潜力。在与磷酸铁锂正极的全电池测试中，电池在1C倍率下经过500次循环后未显示可测量的容量损失。这项创新不仅推动了下一代锂离子电池的发展，还建立了一个框架，将易得且经济的前体材料转化为高性能电极，有望降低电池制造的复杂性和成本。