硅負極材料因其極高的理論比容量（約4200 mAh/g，遠超傳統石墨負極的372 mAh/g）而被視為下一代高能量密度鋰離子電池的理想選擇。硅在充放電過程中劇烈的體積膨脹（可達300%以上）會導致電極材料粉化、固態電解質界面膜（SEI）不穩定和循環性能快速衰減，嚴重阻礙了其商業化應用。針對這一關鍵難題，中國科學院院士李玉良教授領導的研究團隊近期在國際知名能源期刊《Nano Energy》上發表了創新性研究成果，通過原位構筑三維石墨炔網絡結構，顯著提升了硅基負極的電化學性能。

該團隊的核心創新在于巧妙地利用石墨炔這一新型碳材料的獨特優勢。石墨炔是一種由sp和sp2雜化碳原子構成的二維平面網絡結構，具有天然的孔洞、優異的化學穩定性和良好的電子導電性。研究團隊設計了一種原位生長策略，在硅納米顆粒表面直接構建起連續、互穿的三維石墨炔導電網絡。這種三維結構不僅為硅顆粒提供了穩固的機械支撐和高效的電子傳輸通道，其豐富的孔道還有利于電解液的充分浸潤和鋰離子的快速遷移，并能夠有效緩沖硅在嵌鋰/脫鋰過程中的體積變化。

實驗結果表明，這種原位構筑的三維石墨炔/硅復合材料表現出卓越的電化學性能：

1. 高比容量與優異倍率性能：材料在0.1 A/g的電流密度下展現出高達2000 mAh/g以上的可逆比容量。即使在2 A/g的大電流下循環，仍能保持約1200 mAh/g的穩定容量，顯示出出色的倍率性能。
2. 超長循環穩定性：在1 A/g的電流密度下循環500次后，容量保持率超過80%，顯著優于傳統的碳包覆硅復合材料。這得益于三維石墨炔網絡像“彈性籠”一樣束縛和緩沖硅顆粒，維持了電極結構的完整性。
3. 穩定的界面特性：三維石墨炔網絡促進了均勻、致密且穩定的SEI膜的形成，減少了活性物質與電解液的副反應，從而提升了庫侖效率和循環壽命。

此項研究為設計下一代高性能鋰離子電池及更廣泛的儲能系統負極材料提供了全新的思路。通過精準調控石墨炔的微觀結構和與活性物質的界面結合，原位構筑的三維導電骨架策略有望推廣至其他存在巨大體積變化的電極材料體系（如錫、鍺、磷等），推動高能量密度儲能技術的實用化進程。李玉良院士團隊的這項工作，再次凸顯了石墨炔這一中國原創材料在能源轉換與存儲領域的巨大應用潛力。