Os ânodos de silício têm atraído grande atenção na indústria de baterias.Comparado combaterias de íon de lítiousando ânodos de grafite, eles podem fornecer capacidade 3 a 5 vezes maior.A maior capacidade significa que a bateria durará mais após cada carga, o que pode prolongar significativamente a distância de condução dos veículos elétricos.Embora o silício seja abundante e barato, os ciclos de carga-descarga dos ânodos de Si são limitados.Durante cada ciclo de carga-descarga, seu volume será bastante expandido e até mesmo sua capacitância diminuirá, o que levará à fratura das partículas do eletrodo ou à delaminação do filme do eletrodo.

A equipe KAIST, liderada pelo professor Jang Wook Choi e pelo professor Ali Coskun, relatou em 20 de julho um adesivo de polia molecular para baterias de íon de lítio de grande capacidade com ânodos de silício.

A equipe KAIST integrou polias moleculares (chamadas polirotaxanos) em ligantes de eletrodos de bateria, incluindo a adição de polímeros aos eletrodos da bateria para fixá-los a substratos metálicos.Os anéis em polirotano são aparafusados ​​no esqueleto do polímero e podem mover-se livremente ao longo do esqueleto.

Os anéis em polirotano podem se mover livremente com a mudança de volume das partículas de silício.O deslizamento dos anéis pode efetivamente manter a forma das partículas de silício, para que não se desintegrem no processo contínuo de mudança de volume.Vale ressaltar que mesmo partículas de silício trituradas podem permanecer coalescentes devido à alta elasticidade dos adesivos polirotanos.A função dos novos adesivos contrasta fortemente com a dos adesivos existentes (geralmente polímeros lineares simples).Os adesivos existentes têm elasticidade limitada e, portanto, não conseguem manter firmemente a forma das partículas.Os adesivos anteriores podem espalhar partículas trituradas e reduzir ou até perder a capacidade dos eletrodos de silício.

O autor acredita que esta é uma excelente demonstração da importância da pesquisa básica.O polirotaxano ganhou o Prêmio Nobel no ano passado pelo conceito de “ligações mecânicas”.“Ligação mecânica” é um conceito recentemente definido que pode ser adicionado às ligações químicas clássicas, como ligações covalentes, ligações iônicas, ligações de coordenação e ligações metálicas.A investigação básica a longo prazo está gradualmente a abordar os desafios de longa data da tecnologia das baterias a um ritmo inesperado.Os autores também mencionaram que estão atualmente trabalhando com um grande fabricante de baterias para integrar suas polias moleculares em produtos de baterias reais.

Sir Fraser Stoddart, vencedor do Noble Laureate Chemistry Award de 2006 na Northwestern University, acrescentou: “As ligações mecânicas se recuperaram pela primeira vez em um ambiente de armazenamento de energia.A equipe KAIST usou habilmente ligantes mecânicos em polirotaxanos de anéis coletores e polietilenoglicol espiral de alfa-ciclodextrina funcionalizado, marcando um avanço no desempenho de baterias de íons de lítio no mercado, quando agregados em forma de polia com ligantes mecânicos.Os compostos substituem os materiais convencionais com apenas uma ligação química, o que terá um impacto significativo nas propriedades dos materiais e equipamentos.