Gli anodi di silicio hanno attirato grande attenzione nell'industria delle batterie. Rispetto abatterie agli ioni di litioUtilizzando anodi di grafite, è possibile ottenere una capacità da 3 a 5 volte superiore. Una maggiore capacità significa che la batteria durerà più a lungo dopo ogni carica, il che può estendere significativamente l'autonomia dei veicoli elettrici. Sebbene il silicio sia abbondante ed economico, i cicli di carica e scarica degli anodi di silicio sono limitati. Durante ogni ciclo di carica e scarica, il loro volume si espande notevolmente e persino la loro capacità diminuisce, il che può portare alla frattura delle particelle dell'elettrodo o al distacco del film dell'elettrodo.

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

Il team del KAIST ha integrato delle pulegge molecolari (chiamate polirotaxani) nei leganti degli elettrodi delle batterie, aggiungendo polimeri agli elettrodi stessi per fissarli ai substrati metallici. Gli anelli del polirotano sono avvitati allo scheletro polimerico e possono muoversi liberamente lungo di esso.

Gli anelli del polirotano possono muoversi liberamente con la variazione di volume delle particelle di silicio. Lo scorrimento degli anelli mantiene efficacemente la forma delle particelle di silicio, impedendone la disgregazione durante il continuo processo di variazione di volume. È importante sottolineare che, grazie all'elevata elasticità degli adesivi a base di polirotano, anche le particelle di silicio frantumate rimangono aggregate. La funzionalità di questi nuovi adesivi è in netto contrasto con quella degli adesivi esistenti (solitamente semplici polimeri lineari). Gli adesivi tradizionali presentano un'elasticità limitata e pertanto non sono in grado di mantenere saldamente la forma delle particelle. Inoltre, possono disperdere le particelle frantumate, riducendo o addirittura annullando la capacità degli elettrodi di silicio.

L'autore ritiene che questo sia un eccellente esempio dell'importanza della ricerca di base. Il Polyrotaxane ha vinto il Premio Nobel lo scorso anno per il concetto di "legami meccanici". Il "legame meccanico" è un concetto di recente definizione che può essere aggiunto ai legami chimici classici, 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 menzionato che stanno attualmente collaborando con un grande produttore di batterie per integrare le loro pulegge molecolari in prodotti di batterie reali.

Sir Fraser Stoddart, vincitore del Premio Nobel per la Chimica nel 2006 presso la Northwestern University, ha aggiunto: "I legami meccanici sono stati recuperati per la prima volta in un ambiente di accumulo di energia. Il team del KAIST ha utilizzato abilmente leganti meccanici in polirotaxani ad anello scorrevole e polietilenglicole a spirale di alfa-ciclodestrina funzionalizzata, segnando una svolta nelle prestazioni delle batterie agli ioni di litio sul mercato, quando 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.