Кремниевые аноды привлекли большое внимание в аккумуляторной промышленности.По сравнению слитий-ионные аккумуляторыиспользуя графитовые аноды, можно обеспечить в 3-5 раз большую емкость.Большая емкость означает, что батарея будет работать дольше после каждой зарядки, что может значительно увеличить дальность поездки электромобилей.Хотя кремния много и он дешев, циклы зарядки-разрядки кремниевых анодов ограничены.В ходе каждого цикла заряда-разряда их объем будет сильно расширяться, а то и емкость падать, что приведет к разрушению частиц электрода или отслоению электродной пленки.

Команда KAIST под руководством профессора Чан Вук Чой и профессора Али Коскуна сообщила 20 июля о молекулярном клее для шкивов для литий-ионных батарей большой емкости с кремниевыми анодами.

Команда KAIST интегрировала молекулярные шкивы (называемые полиротаксанами) в связующие электродов батареи, включая добавление полимеров к электродам батареи для прикрепления электродов к металлическим подложкам.Кольца из полиротана ввинчены в полимерный каркас и могут свободно перемещаться по каркасу.

Кольца из полиротана могут свободно перемещаться при изменении объема частиц кремния.Скольжение колец может эффективно сохранять форму частиц кремния, так что они не будут распадаться в процессе непрерывного изменения объема.Примечательно, что даже измельченные частицы кремния могут оставаться слипшимися благодаря высокой эластичности полиротановых клеев.Функции новых клеев резко контрастируют с функциями существующих клеев (обычно простых линейных полимеров).Существующие клеи обладают ограниченной эластичностью и поэтому не могут прочно сохранять форму частиц.Предыдущие клеи могут разбрасывать измельченные частицы и уменьшать или даже терять емкость кремниевых электродов.

Автор считает, что это прекрасная демонстрация важности фундаментальных исследований.Полиротаксан в прошлом году получил Нобелевскую премию за концепцию «механических связей».«Механическая связь» — это новое определение понятия, которое можно добавить к классическим химическим связям, таким как ковалентные связи, ионные связи, координационные связи и металлические связи.Долгосрочные фундаментальные исследования постепенно с неожиданной скоростью решают давние проблемы аккумуляторных технологий.Авторы также упомянули, что в настоящее время они работают с крупным производителем аккумуляторов над интеграцией своих молекулярных шкивов в реальные аккумуляторные продукты.

Сэр Фрейзер Стоддарт, лауреат Нобелевской премии по химии 2006 года Северо-Западного университета, добавил: «Механические связи впервые восстановились в среде хранения энергии.Команда KAIST умело использовала механические связующие в полиротаксанах с контактными кольцами и функционализированный спиральный полиэтиленгликоль альфа-циклодекстрина, что стало прорывом в производительности литий-ионных батарей на рынке, когда шкивные агрегаты соединяются с механическими связующими.Соединения заменяют традиционные материалы только с одной химической связью, что окажет существенное влияние на свойства материалов и оборудования.