PBS作为人工固体电解质界面，具有良好的锂离子传导和自愈合能力，可自动修复操作过程中形成的任何裂缝。信用:来自JAIST的Noriyoshi Matsumi虽然硅阳极可以极大地提高锂离子电池的容量，但其性能会随着使用而迅速下降。聚合物涂层可以帮助解决这个问题，但很少有研究探索其潜在机制。在最近的一项研究中，日本高级科学技术研究所的科学家研究了聚(硼硅氧烷)涂层如何大大稳定硅阳极的容量，为电动汽车和可再生能源收集用更好、更耐用的锂离子电池铺平了道路。自问世以来，锂离子电池(LiB)一直在不断改进和适应，因此它们可以适用于从移动设备和电动汽车到可再生能源收割机的存储单元等各种不同的应用。在大多数较大规模的应用中(如后两种)，LIB研究的重点是在不增加其整体尺寸的情况下增加其容量和电压限制。当然，要做到这一点，必须更换电池的组件和材料。
许多研究人员将赌注放在使用硅阳极而不是传统的石墨阳极上。阳极是电池的一部分，当电池充电时，锂离子储存在这里，当电池充电时，锂离子通过一种叫做电解质的介质流到另一端的阴极。尽管硅无疑是一种很有前途的阳极材料，它为LiB提供了几乎十倍的容量增长，但它也带来了一系列挑战，在硅阳极商业化之前必须克服这些挑战。
在最近发表在《美国化学学会应用能源材料》上的一项研究中，日本高级科学技术研究所的一组科学家利用一种有前途的聚合物涂层——聚硼硅氧烷(PBS)解决了硅阳极的问题。这项研究是由松美教授领导的，参与研究的还有当时正在JAIST完成博士课程的Sai Gourang Patnaik博士和Tejkiran Pindi Jayakumar博士。
与裸阳极或涂有聚偏氟乙烯(一种商业上用于锂离子电池的聚合物)的阳极相比，PBS涂层由于其自修复特性，在容量方面提供了更稳定的性能。功劳:JAIST聚合物涂层公司的Noriyoshi Matsumi可以解决困扰硅阳极的最严重的缺点之一:形成过大的固体电解质界面(SEI)。电解质和阳极之间自发形成的SEI实际上对电池的长期性能至关重要。然而，像硅这样的材料往往会随着使用而大大膨胀，这导致连续的SEI形成和可用电解质的耗尽。不用说，这阻碍了电池的性能，并随着时间的推移导致容量大幅下降。
这就是聚合涂料发挥作用的地方；它们可以防止硅上过度的SEI形成，并形成人工和稳定的SEI(见图1)。尽管研究人员已经注意到了PBS作为硅阳极涂层的潜力，但之前的研究并没有对其中的机理给出明确的解释，正如松井教授解释的那样，“很少有关于定义明确的PBS基聚合物的报告，这些聚合物为它们的应用及其效果提供了一个机理来源。因此，我们希望评估和阐明它们对硅阳极的贡献，硅阳极是一种自我修复的人工界面，还能防止有害的体积膨胀。”
该团队比较了有和没有聚合物涂层的硅阳极在稳定性、容量和界面性质方面的短期和长期性能。他们通过一系列电化学测量和理论计算做到了这一点，这使他们了解了PBS如何帮助稳定硅阳极的容量。
与裸硅阳极和涂有聚偏二氟乙烯(LIBs中的一种商用涂层)的阳极相比，PBS的自愈合性能及其对锂离子的可逆调节导致稳定性显著增强。这部分是由于PBS能够填充操作过程中在SEI中形成的任何裂缝。如图2所示，与其他两种阳极不同，PBS涂覆的硅阳极的容量在300多次循环中几乎保持不变。
通过解决与硅阳极相关的主要问题，这项研究为具有更高容量和耐用性的新一代LiB铺平了道路。松井教授对结果感到满意，他说，“大容量LIBs的广泛采用将使电动汽车行驶更远的距离，无人机变得更大，可再生能源的储存效率更高。”他还补充说，在十年内，我们甚至可能看到LiB被用作火车、轮船和飞机等大型车辆的二次能源。让我们希望进一步的研究能让我们达到目的！
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