Силициевите аноди привлякоха голямо внимание в производството на батерии.В сравнение слитиево-йонни батерииизползвайки графитни аноди, те могат да осигурят 3-5 пъти по-голям капацитет.По-големият капацитет означава, че батерията ще издържа по-дълго след всяко зареждане, което може значително да удължи разстоянието на шофиране на електрически превозни средства.Въпреки че силицият е в изобилие и е евтин, циклите на зареждане-разреждане на Si анодите са ограничени.По време на всеки цикъл на зареждане-разреждане техният обем ще бъде значително разширен и дори капацитетът им ще намалее, което ще доведе до счупване на електродните частици или разслояване на електродния филм.

Екипът на KAIST, ръководен от професор Jang Wook Choi и професор Ali Coskun, докладва на 20 юли за молекулно лепило за макари за литиево-йонни батерии с голям капацитет със силициеви аноди.

Екипът на KAIST интегрира молекулярни макари (наречени полиротаксани) в свързващи вещества за електроди на батерии, включително добавяне на полимери към електродите на батериите за закрепване на електродите към метални субстрати.Пръстените в полиротан се завинтват в полимерния скелет и могат да се движат свободно по скелета.

Пръстените в полиротан могат да се движат свободно с промяната на обема на силициевите частици.Приплъзването на пръстените може ефективно да поддържа формата на силициевите частици, така че те да не се разпаднат в процеса на непрекъсната промяна на обема.Трябва да се отбележи, че дори натрошените частици силиций могат да останат коалесцентни поради високата еластичност на полиротановите лепила.Функцията на новите лепила е в рязък контраст с тази на съществуващите лепила (обикновено прости линейни полимери).Съществуващите лепила имат ограничена еластичност и следователно не могат да поддържат стабилно формата на частиците.Предишните лепила могат да разпръснат натрошени частици и да намалят или дори да загубят капацитета на силиконовите електроди.

Авторът смята, че това е отлична демонстрация на важността на фундаменталните изследвания.Миналата година полиротаксанът спечели Нобелова награда за концепцията за „механични връзки“.„Механично свързване“ е ново дефинирано понятие, което може да се добави към класическите химически връзки, като ковалентни връзки, йонни връзки, координационни връзки и метални връзки.Дългосрочните фундаментални изследвания постепенно се справят с дългогодишните предизвикателства на технологията за батерии с неочаквана скорост.Авторите също така споменаха, че в момента работят с голям производител на батерии, за да интегрират техните молекулярни макари в действителни батерийни продукти.

Сър Фрейзър Стодарт, носител на Нобелов лауреат за химия за 2006 г. в Северозападния университет, добави: „Механичните връзки се възстановиха за първи път в среда за съхранение на енергия.Екипът на KAIST умело използва механични свързващи вещества в полиротаксани с хлъзгащ пръстен и функционализиран алфа-циклодекстрин спирален полиетилен гликол, отбелязвайки пробив в производителността на литиево-йонните батерии на пазара, когато агрегати с форма на макара с механични свързващи вещества.Съединенията заменят конвенционалните материали само с една химическа връзка, което ще окаже значително влияние върху свойствата на материалите и оборудването.