本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
多年来，世界各地的研究人员一直致力于提高锂离子电池的储能能力。虽然世界各地的研究实验室涌现出许多设计和技术，但很少有从实验室走向市场的。但现在，斯坦福电池初创公司 Amprius 开发了一种用于先进硅电极的新型大规模制造技术，该技术实际上可以在不久的将来实现高能量锂离子电池的大规模生产，并有助于将下一代电动汽车和消费电子产品变为现实。
Amprius 的创新之处在于其在锂离子电池的负极侧使用硅纳米线，而不是传统的碳。长期以来，研究人员一直知道硅具有提高电池密度的潜力，因为一个硅原子可以容纳四个锂离子，而六个碳原子只能容纳一个锂离子。这是一个巨大的优势。然而，将所有这些锂离子进出硅会导致硅膨胀至其原始尺寸的三倍，并且不可避免地会在几个循环后导致硅断裂并自我破坏。为了克服硅膨胀引起的问题，Amprius 的创始人崔屹教授开发了一种硅纳米线电极，该电极留有空间供细小的硅“毛发”在吸收锂时膨胀和收缩。独特的几何形状使电池可以反复循环而不会损坏脆弱的硅，并释放出使用硅代替碳的所有能量密度优势。
在 2008 年发表于《自然纳米技术》的一篇论文中，斯坦福大学教授崔屹和团队公布了一种纳米线设计，该设计能够在锂离子电池中使用超高容量的硅来代替当今的碳。细小的纳米线“毛发”允许硅在吸收锂时膨胀和收缩而不会断裂。（图片来自Chan et al., 2008。）
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Amprius 与高通量沉积系统和工艺的全球领导者 Meyer Burger (Netherlands) B.V. 合作开发了其新工具。该工具使用多步化学气相沉积 (CVD) 工艺来生产 Amprius 的硅纳米线阳极。由于硅提供的能量远高于传统阳极材料碳，因此 Amprius 的电池可实现更高的单位体积能量（每升 800-1000 瓦时，具体取决于电池容量和外形尺寸）和单位重量能量（每公斤 325-400 瓦时），而当今市售电池的最高容量约为每升 650 瓦时和每公斤 240 瓦时。这意味着一个 Amprius 电池的尺寸和重量将比当今最好的电池减少约三分之一。
Amprius 将使用上图中的机器，通过连续的卷对卷化学气相沉积工艺大规模生产电池。（图片由 Amprius 提供）
我与美国前能源部长兼 Amprius 董事会成员朱棣文谈到了 Amprius 制造创新的重要性，以及 Amprius 将以其新型高容量电池为目标市场。以下是他的评论的浓缩和编辑版本。
这都是新技术。当崔屹在斯坦福大学的实验室里与他的博士后和研究生一起进行这项研究时，他们是小批量生产的，基本上是手工制作的硬币大小的电池。但是大学并没有为大规模生产做好准备。从博士后和研究生熟练的手工制造可以测试的电池到大规模生产之间存在很大的差距。这款硅工具的伟大之处在于它是我们所说的卷对卷的。从一侧进入的是聚合物背衬，该背衬连续通过并进行化学气相沉积工艺，从而产生硅纳米线。通过卷对卷制造，您将获得更高的产量，这意味着更便宜的电池。
令人兴奋的是，通过连续的卷对卷化学气相沉积工艺，我们认为我们很有机会以与当今电池相同的成本生产高能量密度锂离子电池。
某些性能点和价格点将使市场呈非线性增长。我们需要将电池能量密度提高一倍，电动汽车才能真正成为主流，不再是早期采用者购买雪佛兰Volt、特斯拉或日产聆风。当您拥有一个庞大的市场时，您就会获得规模经济，而当您拥有正确的性能时，您就会拥有一个庞大的市场。
Amprius 希望其电池能够实现正确的性能和正确的价格，从而在电动汽车的普及率上发生巨变，并将电动汽车带入主流。与此同时，他们的电池很可能成为智能手表和无人机等真正需要尽可能高密度电池的消费电子产品的首选技术。在未来几年内，Amprius 如何以低廉和有效的方式生产电池将决定该公司是否能够实现改变电动汽车市场的目标。随着 Amprius 不断朝着将下一代锂离子电池推向市场的目标迈进，这将是令人兴奋的。