Gli anodi di silicio hanno attirato grande attenzione nel settore delle batterie.Paragonato abatterie agli ioni di litioutilizzando anodi di grafite, possono fornire una capacità 3-5 volte maggiore.La maggiore capacità significa che la batteria durerà più a lungo dopo ogni carica, il che può estendere significativamente l’autonomia di guida dei veicoli elettrici.Sebbene il silicio sia abbondante ed economico, i cicli di carica-scarica degli anodi di Si sono limitati.Durante ogni ciclo di carica-scarica, il loro volume verrà notevolmente ampliato e anche la loro capacità diminuirà, il che porterà alla frattura delle particelle dell'elettrodo o alla delaminazione della pellicola dell'elettrodo.

Il team KAIST, guidato dal professor Jang Wook Choi e dal professor Ali Coskun, ha presentato il 20 luglio un adesivo molecolare per pulegge per batterie agli ioni di litio di grande capacità con anodi di silicio.

Il team KAIST ha integrato pulegge molecolari (chiamate polirotassani) nei leganti degli elettrodi della batteria, inclusa l'aggiunta di polimeri agli elettrodi della batteria per fissare gli elettrodi ai substrati metallici.Gli anelli in polyrotane sono avvitati allo scheletro in polimero e possono muoversi liberamente lungo lo scheletro.

Gli anelli in polyrotane possono muoversi liberamente al variare del volume delle particelle di silicio.Lo scorrimento degli anelli può mantenere efficacemente la forma delle particelle di silicio, in modo che non si disintegrino nel processo di cambiamento continuo del volume.È interessante notare che anche le particelle di silicio frantumate possono rimanere coalescenti a causa dell'elevata elasticità degli adesivi polirotanici.La funzione dei nuovi adesivi è in netto contrasto con quella degli adesivi esistenti (solitamente semplici polimeri lineari).Gli adesivi esistenti hanno un'elasticità limitata e quindi non possono mantenere saldamente la forma delle particelle.Gli adesivi precedenti possono disperdere particelle frantumate e ridurre o addirittura perdere la capacità degli elettrodi di silicio.

L'autore ritiene che questa sia un'ottima dimostrazione dell'importanza della ricerca di base.Il polirotaxano ha vinto il Premio Nobel lo scorso anno per il concetto di “legami meccanici”.Il “legame meccanico” è un concetto recentemente definito che può essere aggiunto ai classici legami chimici, come i legami covalenti, i legami ionici, i legami di coordinazione e i legami metallici.La ricerca di base a lungo termine sta gradualmente affrontando le sfide di lunga data della tecnologia delle batterie a un ritmo inaspettato.Gli autori hanno anche affermato che attualmente stanno lavorando con un grande produttore di batterie per integrare le loro pulegge molecolari nei prodotti a batteria reali.

Sir Fraser Stoddart, vincitore del Premio Nobel per la Chimica nel 2006 presso la Northwestern University, ha aggiunto: “I legami meccanici si sono ripresi per la prima volta in un ambiente di accumulo di energia.Il team KAIST ha utilizzato abilmente leganti meccanici nei polirotassani ad anelli e glicole polietilenico a spirale di alfa-ciclodestrina funzionalizzata, segnando una svolta nelle prestazioni delle batterie agli ioni di litio sul mercato, quando si aggregano aggregati a forma di puleggia con leganti meccanici.I composti sostituiscono i materiali convenzionali con un solo legame chimico, il che avrà un impatto significativo sulle proprietà dei materiali e delle apparecchiature.