Anody krzemowe cieszą się dużym zainteresowaniem w branży akumulatorowej. W porównaniu zbaterie litowo-jonoweDzięki zastosowaniu anod grafitowych, mogą one zapewnić 3-5 razy większą pojemność. Większa pojemność oznacza, że ​​bateria będzie działać dłużej po każdym ładowaniu, co może znacznie wydłużyć zasięg pojazdów elektrycznych. Chociaż krzem jest powszechnie dostępny i tani, cykle ładowania i rozładowania anod krzemowych są ograniczone. Podczas każdego cyklu ładowania i rozładowania ich objętość znacznie się zwiększa, a nawet spada ich pojemność, co może prowadzić do pękania cząstek elektrody lub rozwarstwienia warstwy elektrody.

Zespół KAIST pod kierownictwem profesora Jang Wook Choi i profesora Ali Coskun ogłosił 20 lipca opracowanie molekularnego kleju do akumulatorów litowo-jonowych o dużej pojemności z anodami krzemowymi.

Zespół KAIST zintegrował bloczki molekularne (zwane polirotaksanami) z elementami wiążącymi elektrody akumulatorów, w tym dodając polimery do elektrod akumulatorów w celu ich przymocowania do metalowych podłoży. Pierścienie w polirotanie są przykręcane do szkieletu polimerowego i mogą się swobodnie poruszać wzdłuż niego.

Pierścienie w polirotanie mogą swobodnie poruszać się wraz ze zmianą objętości cząstek krzemu. Poślizg pierścieni skutecznie utrzymuje kształt cząstek krzemu, zapobiegając ich rozpadowi w procesie ciągłej zmiany objętości. Warto zauważyć, że nawet rozdrobnione cząstki krzemu mogą pozostać zrośnięte dzięki wysokiej elastyczności klejów polirotanu. Funkcja nowych klejów wyraźnie różni się od funkcji istniejących klejów (zwykle prostych polimerów liniowych). Istniejące kleje mają ograniczoną elastyczność i dlatego nie są w stanie trwale utrzymać kształtu cząstek. Wcześniej stosowane kleje mogą rozpraszać rozdrobnione cząstki i zmniejszać, a nawet tracić pojemność elektrod krzemowych.

Autor uważa, że ​​jest to doskonały przykład znaczenia badań podstawowych. Polirotaksan otrzymał w zeszłym roku Nagrodę Nobla za koncepcję „wiązań mechanicznych”. „Wiązania mechaniczne” to nowo zdefiniowana koncepcja, którą można dodać do klasycznych wiązań chemicznych, takich jak wiązania kowalencyjne, jonowe, koordynacyjne i wiązania metaliczne. Długoterminowe badania podstawowe stopniowo i w nieoczekiwanym tempie rozwiązują od dawna istniejące problemy związane z technologią baterii. Autorzy wspomnieli również, że obecnie współpracują z dużym producentem baterii, aby zintegrować jego molekularne koła pasowe z rzeczywistymi produktami akumulatorowymi.

Sir Fraser Stoddart, laureat Nagrody Nobla z chemii z 2006 roku na Uniwersytecie Northwestern, dodał: „Wiązania mechaniczne po raz pierwszy odtworzyły się w środowisku magazynowania energii. Zespół KAIST umiejętnie wykorzystał spoiwa mechaniczne w polirotaksanach pierścieni ślizgowych oraz funkcjonalizowanym glikolu polietylenowym z alfa-cyklodekstryną, co stanowi przełom w wydajności dostępnych na rynku akumulatorów litowo-jonowych, w których agregaty w kształcie krążków z spoiwami mechanicznymi zastępują konwencjonalne materiały tylko jednym wiązaniem chemicznym, co będzie miało znaczący wpływ na właściwości materiałów i urządzeń.