Полупроводниковые материалы, такие как кремний, все чаще рассматриваются как альтернатива графиту в качестве электродного материала литий-ионных батарей. Объёмный кремний способен поглощать несоизмеримое с графитом количество ионов лития, однако в процессе их миграции объем материала увеличивается втрое, возникают внутренние механические напряжения и разрушается его кристаллическая структура.

Команда из берлинского Центра Гельмгольца, возглавляемая профессором Маттиасом Баллоффом (Matthias Ballauff), вместе с французскими коллегами из Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле, используя методы нейтронной рефлектометрии смогла впервые напрямую наблюдать за происходящим внутри половинного литий-кремниевого элемента в процессе зарядки и разрядки.

Они установили, что толщина непосредственно примыкавшего к электролиту слоя электрода с наивысшей концентрацией лития (25 атомов Li на 10 атомов Si) составляла всего 20 нм. В соседствующем с ним слое соотношение лития к кремнию составляло лишь 1:10, а суммарная толщина двух слоёв после второго цикла перезарядки не превышала 100 нм.

Теоретическая максимальная ёмкость литий-ионной батареи, рассчитанная для такого приграничного слоя, составила 2300 мАч/г. Это более чем в шесть раз превосходит теоретическую максимальную ёмкость батареи с графитовым электродом.

Представленные в журнале ACS Nano результаты показывают, что для максимально продуктивной работы достаточно использовать в качестве анода очень тонкую плёнку кремния — это сулит огромную экономию материалов и энергии в производстве батарей.