硅基鋰離子電池可能很快成為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不過，硅具有嚴(yán)重的膨脹問題，阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。來自BeDimensional公司和意大利理工學(xué)院（IIT）和奧地利VARTAMicroInnovationGmbH公司石墨烯旗艦計(jì)劃的多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)確定了如何在實(shí)際應(yīng)用中使用石墨烯作為克服硅基膨脹問題的關(guān)鍵組分。

根據(jù)目前的情況，人們確信硅是鋰離子電池的下一代負(fù)極材料有力競爭者。用硅代替最先進(jìn)的石墨陽極可將鋰離子電池存儲能力提高10倍。但是，在充電和放電時(shí)，硅會膨脹和收縮，從而對材料出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，最終導(dǎo)致僅短短幾次使用后電池就會失效。目前，石墨烯旗艦計(jì)劃的研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種使用少量石墨烯即可使鋰離子電池保持穩(wěn)定的方法。這種全新開發(fā)的添加石墨烯的電池可承受300次充放電循環(huán)，電池容量比任何現(xiàn)有替代方法高30%。

石墨烯旗艦計(jì)劃的合作伙伴，來自VARTAMicroInnovationGmbH公司的ChristophStangl解釋，石墨烯僅僅少量添加，足以在硅中均勻擴(kuò)展并穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)，這使得人們能夠真正用到硅基鋰離子電池的出眾性能。經(jīng)過研發(fā)，這種添加石墨烯的紐扣電池可用于世界范圍內(nèi)一些重要公司生產(chǎn)的無數(shù)小型電子產(chǎn)品中，包括手表、可穿戴設(shè)備、汽車鑰匙和無線耳機(jī)等。應(yīng)用的行業(yè)都是快速上升的細(xì)分市場。VARTA公司以開發(fā)定制化儲能解決方法而聞名，基于硅/石墨烯的高能量技術(shù)進(jìn)步將促進(jìn)生產(chǎn)出更好的電池。

石墨烯旗艦計(jì)劃成員BeDimensional公司的維托里奧佩萊格里尼（VittorioPellegrini）表示，只要添加少量石墨烯即可實(shí)現(xiàn)上述里程碑式的設(shè)計(jì)。假如添加大量的石墨烯，則會降低電池中硅的比例，電池的整體容量將降低。硅新增了可存儲在電池中的能量，由于加入了少量石墨烯，可以實(shí)現(xiàn)在保持電池容量的前提下防止電池結(jié)構(gòu)破壞失效的問題。

歐盟資助的石墨烯旗艦計(jì)劃以多種方式幫助推進(jìn)了這項(xiàng)研究的發(fā)展。在項(xiàng)目執(zhí)行的第一階段，不僅決定了開發(fā)添加石墨烯的電池這一最初設(shè)想，而且還特地成立了BeDimensional公司，供應(yīng)石墨烯材料，并利用具有專利的石墨烯生產(chǎn)方法開發(fā)許多基于石墨烯的新技術(shù)。

石墨烯旗艦計(jì)劃的協(xié)同用途將IIT公司、新衍生的BeDimensional公司以及像VARTA相同成熟的工業(yè)制造商進(jìn)行的前沿研究工作匯集在一起進(jìn)行集成創(chuàng)新。由于石墨烯旗艦計(jì)劃先鋒項(xiàng)目的存在，研究人員可以真正聚焦于提高技術(shù)成熟度，創(chuàng)建出高度成熟的產(chǎn)品原型。目前，研究團(tuán)隊(duì)致力于將這項(xiàng)電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)轉(zhuǎn)化。該團(tuán)隊(duì)正面對一項(xiàng)新挑戰(zhàn)，開發(fā)一種用于電動汽車的長續(xù)航可靠石墨烯電池。

這項(xiàng)合作的成功表明，石墨烯旗艦計(jì)劃先鋒項(xiàng)目可以極大地幫助研究人員將材料從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到實(shí)際部件、組件和系統(tǒng)集成開發(fā)中。