Anozii de siliciu au atras o mare atenție în industria bateriilor. Comparativ cubaterii litiu-ionFolosind anozi de grafit, aceștia pot oferi o capacitate de 3-5 ori mai mare. Capacitatea mai mare înseamnă că bateria va rezista mai mult după fiecare încărcare, ceea ce poate extinde semnificativ distanța de condus a vehiculelor electrice. Deși siliciul este abundent și ieftin, ciclurile de încărcare-descărcare ale anozilor de Si sunt limitate. În timpul fiecărui ciclu de încărcare-descărcare, volumul lor se va extinde considerabil și chiar și capacitatea lor va scădea, ceea ce va duce la fracturarea particulelor electrodului sau la delaminarea peliculei electrodului.

Echipa KAIST, condusă de profesorul Jang Wook Choi și profesorul Ali Coskun, a raportat pe 20 iulie un adeziv molecular pentru scripete, destinat bateriilor litiu-ion de mare capacitate cu anozi de siliciu.

Echipa KAIST a integrat scripeți moleculari (numiți polirotaxani) în lianții electrozilor bateriei, inclusiv adăugarea de polimeri la electrozii bateriei pentru a atașa electrozii la substraturile metalice. Inelele din polirotan sunt înșurubate în scheletul polimerului și se pot mișca liber de-a lungul scheletului.

Inelele din polirotan se pot mișca liber odată cu schimbarea volumului particulelor de siliciu. Inelele de alunecare pot păstra eficient forma particulelor de siliciu, astfel încât acestea să nu se dezintegreze în procesul continuu de schimbare a volumului. Este demn de remarcat faptul că până și particulele de siliciu zdrobite pot rămâne coalescente datorită elasticității ridicate a adezivilor din polirotan. Funcția noilor adezivi este în contrast puternic cu cea a adezivilor existenți (de obicei polimeri liniari simpli). Adezivii existenți au o elasticitate limitată și, prin urmare, nu pot menține ferm forma particulelor. Adezivii anteriori pot împrăștia particulele zdrobite și pot reduce sau chiar pierde capacitatea electrozilor de siliciu.

Autorul consideră că aceasta este o demonstrație excelentă a importanței cercetării fundamentale. Polirotaxanul a câștigat Premiul Nobel anul trecut pentru conceptul de „legături mecanice”. „Legătura mecanică” este un concept nou definit, care poate fi adăugat legăturilor chimice clasice, cum ar fi legăturile covalente, legăturile ionice, legăturile de coordonare și legăturile metalice. Cercetarea fundamentală pe termen lung abordează treptat provocările de lungă durată ale tehnologiei bateriilor, într-un ritm neașteptat. Autorii au menționat, de asemenea, că lucrează în prezent cu un mare producător de baterii pentru a integra scripeții lor moleculari în produse de baterii reale.

Sir Fraser Stoddart, laureat al Premiului Nobel pentru Chimie în 2006 la Universitatea Northwestern, a adăugat: „Legăturile mecanice și-au revenit pentru prima dată într-un mediu de stocare a energiei. Echipa KAIST a utilizat cu abilitate lianți mecanici în polirotaxani cu inele glicante și polietilen glicol spiralat cu alfa-ciclodextrină funcționalizată, marcând un progres în performanța bateriilor litiu-ion pe piață, atunci când agregatele în formă de scripete se combină cu lianți mecanici. Compușii înlocuiesc materialele convenționale cu o singură legătură chimică, ceea ce va avea un impact semnificativ asupra proprietăților materialelor și echipamentelor.”