Os ânodos de silício têm atraído grande atenção na indústria de baterias. Comparados combaterias de íon-lítioUtilizando ânodos de grafite, é possível obter uma capacidade de 3 a 5 vezes maior. Essa maior capacidade significa que a bateria terá uma vida útil mais longa após cada carga, o que pode aumentar significativamente a autonomia dos veículos elétricos. Embora o silício seja abundante e barato, os ciclos de carga e descarga dos ânodos de silício são limitados. Durante cada ciclo, seu volume se expande consideravelmente e sua capacitância diminui, o que pode levar à fratura das partículas do eletrodo ou à delaminação da película do eletrodo.

A equipe do KAIST, liderada pelo Professor Jang Wook Choi e pelo Professor Ali Coskun, apresentou em 20 de julho um adesivo de polia molecular para baterias de íon-lítio de alta capacidade com ânodos de silício.

A equipe do KAIST integrou polias moleculares (chamadas polirotaxanos) em aglutinantes de eletrodos de baterias, incluindo a adição de polímeros aos eletrodos para fixá-los a substratos metálicos. Os anéis do polirotaxano são rosqueados na estrutura polimérica e podem se mover livremente ao longo dela.

Os anéis do polirotano podem se mover livremente com a variação de volume das partículas de silício. O deslizamento dos anéis mantém eficazmente a forma das partículas de silício, impedindo sua desintegração durante o processo contínuo de variação de volume. É importante ressaltar que mesmo partículas de silício fragmentadas permanecem coalescentes devido à alta elasticidade dos adesivos de polirotano. A função desses 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 dispersar partículas fragmentadas e reduzir ou até mesmo eliminar 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, iônicas, de coordenação e metálicas. A pesquisa básica de longo prazo está gradualmente abordando os desafios de longa data da tecnologia de baterias a uma velocidade inesperada. Os autores também mencionaram que estão trabalhando com um grande fabricante de baterias para integrar suas polias moleculares em produtos de baterias reais.

Sir Fraser Stoddart, ganhador do Prêmio Nobel de Química de 2006 pela Universidade Northwestern, acrescentou: “As ligações mecânicas foram recuperadas pela primeira vez em um ambiente de armazenamento de energia. A equipe do KAIST utilizou habilmente ligantes mecânicos em polirotaxanos de anéis deslizantes e polietilenoglicol espiral de alfa-ciclodextrina funcionalizada, marcando um avanço no desempenho das baterias de íon-lítio disponíveis no mercado, quando agregados em forma de polia com ligantes mecânicos substituem materiais convencionais com apenas uma ligação química, o que terá um impacto significativo nas propriedades dos materiais e equipamentos.”