硅是一種有吸引力的全固態電池（ASSB）負極材料，因為它具有高能量密度，而且比鋰金屬更安全。傳統的硅粉復合電極有明顯的內部空隙和有害的界面，抑制了鋰的傳輸和壽命。

圖1. ASSB用硅片的電池性能

首爾大學Jongwoo Lim等證明了經過表面處理的薄硅片可以作為無添加劑、無電解質和無空隙的單片電極，它可以在室溫（25℃～）下實現高面積容量。研究顯示，單片硅結構允許鋰在厚電極上快速傳輸，致密的固體電解質界面可以有效地抑制在液態電解液中發現的裂縫和粉化現象，增強了界面穩定性和循環保持力。實驗結果清楚地表明，在液態電解液電池中被忽視的硅片，作為下一代ASSB的電極具有巨大的潛力。

圖2. 表面處理的＜110＞晶片

此外，結合現代微細加工技術，其表面、厚度、結晶度和缺陷等都可以被精密地設計，以提供卓越的能量密度、倍率能力和循環壽命。具體來說，硅片可以被精確和系統地微細化和蝕刻，以優化單片硅幾何形狀的單位尺寸和它們之間的距離。這樣的幾何形狀可以最大限度地減少膨脹時的擴張，并允許固態電解質有效地滲入，以實現快速的鋰通道和長循環壽命。

結果，無空隙單片純硅電極可以在室溫下的半電池中實現高達10 mAh cm^-2的面積容量，并在60℃下的全電池中實現8.8 mAh cm^-2。

圖3. 開槽的<110>晶片的性能

Monolithic 100% Silicon Wafer Anode for All-Solid-State Batteries Achieving High Areal Capacity at Room Temperature. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00496