A szilícium anódok nagy figyelmet keltettek az akkumulátoriparban.Összehasonlítvalítium-ion akkumulátorokgrafit anódok használatával 3-5-ször nagyobb kapacitást tudnak biztosítani.A nagyobb kapacitás azt jelenti, hogy az akkumulátor minden töltés után tovább bírja, ami jelentősen meghosszabbíthatja az elektromos járművek vezetési távolságát.Bár a szilícium bőséges és olcsó, a Si-anódok töltés-kisülési ciklusai korlátozottak.Minden egyes töltési-kisütési ciklus során térfogatuk nagymértékben megnövekszik, sőt kapacitásuk is csökken, ami az elektródaszemcsék töréséhez vagy az elektróda filmrétegének leválásához vezet.

A Jang Wook Choi professzor és Ali Coskun professzor által vezetett KAIST csapat július 20-án egy molekuláris csigaragasztóról számolt be nagy kapacitású, szilícium anódos lítium-ion akkumulátorokhoz.

A KAIST csapata molekuláris tárcsákat (úgynevezett polirotaxánokat) integrált az akkumulátor elektródák kötőanyagaiba, beleértve az akkumulátor elektródákhoz polimerek hozzáadását, hogy az elektródákat fémhordozókhoz erősítsék.A polirotán gyűrűk a polimer vázba vannak csavarva, és szabadon mozoghatnak a váz mentén.

A polirotán gyűrűi a szilícium részecskék térfogatváltozásával szabadon mozoghatnak.A gyűrűk csúszása hatékonyan tudja megtartani a szilícium részecskék alakját, így azok nem esnek szét a folyamatos térfogatváltozási folyamat során.Figyelemre méltó, hogy még a zúzott szilícium részecskék is összeolvadhatnak a polirotán ragasztók nagy rugalmassága miatt.Az új ragasztók funkciója éles ellentétben áll a meglévő ragasztókéval (általában egyszerű lineáris polimerek).A meglévő ragasztók korlátozott rugalmassággal rendelkeznek, és ezért nem tudják szilárdan megtartani a részecske alakját.A korábbi ragasztók szétszórhatják a zúzott részecskéket, és csökkenthetik vagy akár elveszíthetik a szilíciumelektródák kapacitását.

A szerző úgy véli, hogy ez kiválóan bizonyítja az alapkutatások fontosságát.A polirotaxán tavaly Nobel-díjat kapott a „mechanikus kötések” fogalmáért.A „mechanikai kötés” egy újonnan definiált fogalom, amely hozzáadható a klasszikus kémiai kötésekhez, például kovalens kötésekhez, ionos kötésekhez, koordinációs kötésekhez és fémkötésekhez.A hosszú távú alapkutatások fokozatosan, váratlan ütemben kezelik az akkumulátortechnológia régóta fennálló kihívásait.A szerzők azt is megemlítették, hogy jelenleg egy nagy akkumulátorgyártóval dolgoznak azon, hogy molekuláris tárcsáikat tényleges akkumulátortermékekbe integrálják.

Sir Fraser Stoddart, a Northwestern Egyetem 2006-os Noble Laureate Chemistry Award díjasa hozzátette: „A mechanikai kötések először tértek vissza energiatároló környezetben.A KAIST csapata ügyesen alkalmazott mechanikus kötőanyagokat csúszógyűrűs polirotaxánokban és funkcionalizált alfa-ciklodextrin spirális polietilénglikolban, ami áttörést jelent a lítium-ion akkumulátorok teljesítményében a piacon, amikor a görgős aggregátumokat mechanikus kötőanyagokkal szerelik össze.A vegyületek csak egyetlen kémiai kötéssel helyettesítik a hagyományos anyagokat, ami jelentős hatással lesz az anyagok és berendezések tulajdonságaira.