Křemíkové anody přitahují velkou pozornost v průmyslu baterií.Ve srovnání slithium-iontové bateriepomocí grafitových anod mohou poskytnout 3-5krát větší kapacitu.Větší kapacita znamená, že baterie vydrží déle po každém nabití, což může výrazně prodloužit dojezd elektromobilů.Přestože je křemíku hojný a levný, cykly nabíjení a vybíjení Si anod jsou omezené.Během každého cyklu nabíjení-vybíjení se jejich objem značně zvětší a dokonce se sníží jejich kapacita, což povede k prasknutí částic elektrody nebo k delaminaci elektrodového filmu.

Tým KAIST, vedený profesorem Jang Wook Choi a profesorem Ali Coskunem, informoval 20. července o lepidle molekulární kladky pro velkokapacitní lithium-iontové baterie s křemíkovými anodami.

Tým KAIST integroval molekulární kladky (nazývané polyrotaxany) do pojiva elektrod baterie, včetně přidání polymerů k elektrodám baterie, aby se elektrody připevnily ke kovovým substrátům.Kroužky v polyrotanu jsou zašroubovány do polymerového skeletu a mohou se po skeletu volně pohybovat.

Kroužky v polyrotanu se mohou volně pohybovat se změnou objemu částic křemíku.Prokluz kroužků může účinně udržovat tvar křemíkových částic, takže se nebudou rozpadat v procesu kontinuální změny objemu.Je pozoruhodné, že i rozdrcené částice křemíku mohou zůstat koalescentní díky vysoké elasticitě polyrotanových lepidel.Funkce nových lepidel je v ostrém kontrastu s funkcí stávajících lepidel (obvykle jednoduché lineární polymery).Stávající lepidla mají omezenou elasticitu, a proto nemohou pevně udržet tvar částic.Předchozí lepidla mohou rozptýlit drcené částice a snížit nebo dokonce ztratit kapacitu křemíkových elektrod.

Autor se domnívá, že jde o vynikající ukázku důležitosti základního výzkumu.Polyrotaxan získal loni Nobelovu cenu za koncept „mechanických vazeb“.„Mechanická vazba“ je nově definovaný koncept, který lze přidat ke klasickým chemickým vazbám, jako jsou kovalentní vazby, iontové vazby, koordinační vazby a kovové vazby.Dlouhodobý základní výzkum postupně neočekávaným tempem řeší dlouhodobé výzvy technologie baterií.Autoři také zmínili, že v současné době spolupracují s velkým výrobcem baterií na integraci jejich molekulárních kladek do skutečných bateriových produktů.

Sir Fraser Stoddart, držitel Nobelovy ceny za chemii za rok 2006 na Northwestern University, dodal: „Mechanické vazby se poprvé obnovily v prostředí skladování energie.Tým KAIST dovedně použil mechanická pojiva v polyrotaxanech typu slip-ring a funkcionalizovaný spirálový polyethylenglykol alfa-cyklodextrin, což znamenalo průlom ve výkonu lithium-iontových baterií na trhu, kdy agregáty ve tvaru kladky s mechanickými pojivy.Sloučeniny nahrazují konvenční materiály pouze jednou chemickou vazbou, což bude mít významný dopad na vlastnosti materiálů a zařízení.