Křemíkové anody přitahují v bateriovém průmyslu velkou pozornost. Ve srovnání s...lithium-iontové bateriePoužitím grafitových anod mohou poskytnout 3–5krát větší kapacitu. Větší kapacita znamená, že baterie vydrží po každém nabití déle, což může výrazně prodloužit dojezd elektromobilů. Přestože je křemík hojný a levný, cykly nabíjení a vybíjení křemíkových anod jsou omezené. Během každého cyklu nabíjení a vybíjení se jejich objem výrazně zvětší a dokonce se sníží i jejich kapacita, což povede k lomu elektrodových částic nebo delaminaci elektrodového filmu.

Tým KAIST, vedený profesorem Jang Wook Choiem a profesorem Ali Coskunem, 20. července oznámil molekulární lepidlo pro kladky určené pro velkokapacitní lithium-iontové baterie s křemíkovými anodami.

Tým KAIST integroval molekulární kladky (nazývané polyrotaxany) do pojiv elektrod baterií, včetně přidání polymerů k elektrodám baterie pro jejich uchycení ke kovovým substrátům. Kroužky z polyrotanu jsou zašroubovány do polymerní kostry a mohou se volně pohybovat po této kostře.

Kroužky v polyrotanu se mohou volně pohybovat se změnou objemu křemíkových částic. Prokluzovací kroužky dokáží účinně udržet tvar křemíkových částic, takže se v procesu kontinuální změny objemu nerozpadají. Je pozoruhodné, že i drcené křemíkové částice mohou zůstat koalescenční díky vysoké elasticitě polyrotanu. Funkce nových lepidel je v ostrém kontrastu s funkcí stávajících lepidel (obvykle jednoduchých lineárních polymerů). Stávající lepidla mají omezenou elasticitu, a proto nemohou pevně udržet tvar částic. Předchozí lepidla mohou rozptylovat drcené částice a snižovat nebo dokonce ztrácet kapacitu křemíkových elektrod.

Autor se domnívá, že se jedná o vynikající demonstraci 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 a neočekávaně rychle 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 ceny Noble Laureate Chemistry Award za rok 2006 na Northwestern University, dodal: „Mechanické vazby se poprvé obnovily v prostředí pro ukládání energie. Tým KAIST dovedně použil mechanická pojiva v polyrotaxanech s kroužky a funkcionalizovaný polyethylenglykol s alfa-cyklodextrinovou spirálou, což představuje průlom ve výkonu lithium-iontových baterií na trhu, když se agregáty ve tvaru kladky s mechanickými pojivy spojují. Sloučeniny nahrazují konvenční materiály pouze s jednou chemickou vazbou, což bude mít významný dopad na vlastnosti materiálů a zařízení.“