隨著智能電子、電動汽車及規(guī)模儲能的快速發(fā)展，研發(fā)高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命和高安全性的鋰離子及后鋰離子電池是當(dāng)今儲能領(lǐng)域的研究熱點和焦點。開發(fā)高容量、高倍率、高穩(wěn)定性電極材料是實現(xiàn)這一目標的重要途徑。硅，由于其豐富的儲量、極高的理論容量等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注。然而，由于其巨大的體積變化效應(yīng)和固有的低導(dǎo)電性，其容量在循環(huán)過程中快速衰減，難以滿足實際應(yīng)用需求。

針對上述難題，各種材料設(shè)計及工程方案已被廣泛示范。相比納米結(jié)構(gòu)化，級次結(jié)構(gòu)化有助于提高振實密度及體積能量密度，并改善材料加工性能。然而，面向?qū)嶋H應(yīng)用，在高載量和高電流密度下實現(xiàn)其穩(wěn)定循環(huán)極具挑戰(zhàn)性。某研究團隊一直致力于儲能雜化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)工程、協(xié)同效應(yīng)及應(yīng)用探索，包括鋰離子及鋰金屬電池。近日，受蜂巢啟示，該團隊聯(lián)合某教授，提出一種自上而下的微米硅結(jié)構(gòu)化策略（界面雙重共價調(diào)控的各向同性渠化）。通過微米硅的鋰化、去鋰化及多巴胺改性，研究人員制備由蜂巢狀徑向排布的硅納米片組成的、聚多巴胺衍生碳雙重共價控制包覆的碳硅雜化微粒，實現(xiàn)微米硅的各向同性渠化和界面可控固化。

一方面，各向同性渠化在顆粒內(nèi)部各個方向上創(chuàng)制鋰離子的低迂曲度、快速傳輸通道，解耦離子傳輸和顆粒取向間的關(guān)聯(lián)，使顆粒容量發(fā)揮不受限于活性材料載量及傳統(tǒng)極片制造工藝；另一方面，基于碳硅間中等密度的雙重價鍵（碳-氧-硅、碳-氮-硅），界面控制固化促成高度耐用的鋰離子選擇性滲透媒介，顯著抑制副反應(yīng)導(dǎo)致的傳輸通道窄化 、變形，甚至阻塞，保障離子以及電子的穩(wěn)定輸運?；诟飨蛲郧徒缑婵煽毓袒脊桦s化微粒在商業(yè)級載量及高充放電倍率下，表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性，特別是在面容量為3.4 mAh/cm²和電流密度為3.2 mA/cm²、面容量為4.0 mAh/cm²和電流密度為4.8 mA/cm²的苛刻條件下，均可穩(wěn)定循環(huán)100圈。上述研究為具有工業(yè)化應(yīng)用特征的高性能硅以及其他儲能顆粒的理性設(shè)計和規(guī)模制造提供新思路和新途徑。