A szilícium anódok nagy figyelmet kaptak az akkumulátoriparban. Összehasonlítva a többivellítium-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 hatótávolságát. Bár a szilícium bőségesen rendelkezésre áll és olcsó, a Si anódok töltési-kisütési ciklusai korlátozottak. Minden töltési-kisütési ciklus során a térfogatuk jelentősen megnő, sőt a kapacitásuk is csökken, ami az elektródarészecskék töréséhez vagy az elektródafilm delaminációjához vezet.

A Jang Wook Choi professzor és Ali Coskun professzor vezette KAIST csapat július 20-án jelentette be egy molekuláris csigaragasztót, amely nagy kapacitású lítium-ion akkumulátorokhoz használható szilícium anódokkal.

A KAIST csapat molekuláris csigákat (polirotaxánoknak nevezik) integrált az akkumulátorelektróda-kötőanyagokba, beleértve a polimerek hozzáadását az akkumulátorelektródákhoz, hogy az elektródákat fémfelületekhez rögzítsék. A polirotaxánban lévő gyűrűk a polimer vázba vannak csavarozva, és szabadon mozoghatnak a váz mentén.

A polirotánban lévő gyűrűk szabadon mozoghatnak a szilíciumrészecskék térfogatváltozásával. A gyűrűk csúszása hatékonyan megtartja a szilíciumrészecskék alakját, így azok nem esnek szét a folyamatos térfogatváltozási folyamat során. Figyelemre méltó, hogy még az összetört szilíciumrészecskék is összetarthatnak 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, ezért nem tudják szilárdan megtartani a részecskék alakját. A korábbi ragasztók szétszórhatták az összetört részecskéket, és csökkenthették vagy akár elveszíthették a szilíciumelektródák kapacitását.

A szerző úgy véli, hogy ez kiválóan demonstrálja az alapkutatás fontosságát. A polirotaxán tavaly Nobel-díjat kapott a „mechanikai kötések” koncepciójáért. A „mechanikai kötés” egy újonnan definiált fogalom, amely hozzáadható a klasszikus kémiai kötésekhez, mint például a kovalens kötések, ionos kötések, koordinációs kötések és fémes kötések. A hosszú távú alapkutatás fokozatosan, váratlan ütemben foglalkozik az akkumulátortechnológia régóta fennálló kihívásaival. A szerzők azt is megemlítették, hogy jelenleg egy nagy akkumulátorgyártóval dolgoznak együtt molekuláris csigáiknak a tényleges akkumulátortermékekbe való integrálásán.

Sir Fraser Stoddart, a Northwestern Egyetem 2006-os Nobel-díjas kémiai munkatársa hozzátette: „A mechanikai kötések először álltak helyre energiatároló környezetben. A KAIST csapata ügyesen használt mechanikai kötőanyagokat csúszógyűrűs polirotaksánokban és funkcionalizált alfa-ciklodextrin spirál polietilén-glikolban, áttörést jelentve a lítium-ion akkumulátorok teljesítményében a piacon, amikor a csiga alakú aggregátumok mechanikai kötőanyagokkal egyesülnek. A vegyületek a hagyományos anyagokat egyetlen kémiai kötéssel helyettesítik, ami jelentős hatással lesz az anyagok és a berendezések tulajdonságaira.”