Kiselanoder har väckt stor uppmärksamhet inom batteriindustrin.Jämfört medlitiumjonbatteriermed grafitanoder kan de ge 3-5 gånger större kapacitet.Den större kapaciteten gör att batteriet håller längre efter varje laddning, vilket kan förlänga körsträckan för elfordon avsevärt.Även om kisel är rikligt och billigt, är laddnings-urladdningscyklerna för Si-anoder begränsade.Under varje laddnings-urladdningscykel kommer deras volym att utökas kraftigt, och till och med deras kapacitans kommer att minska, vilket kommer att leda till brott på elektrodpartiklarna eller delaminering av elektrodfilmen.

KAIST-teamet, ledd av professor Jang Wook Choi och professor Ali Coskun, rapporterade den 20 juli ett molekylärt remskivalim för litiumjonbatterier med stor kapacitet med silikonanoder.

KAIST-teamet integrerade molekylära remskivor (kallade polyrotaxaner) i batterielektrodbindare, inklusive tillsats av polymerer till batterielektroderna för att fästa elektroderna på metallsubstrat.Ringarna i polyrotan skruvas fast i polymerskelettet och kan röra sig fritt längs skelettet.

Ringarna i polyrotan kan röra sig fritt med volymförändringen av kiselpartiklar.Ringen kan effektivt behålla formen av kiselpartiklar, så att de inte sönderfaller i den kontinuerliga volymförändringsprocessen.Det är anmärkningsvärt att även krossade kiselpartiklar kan förbli sammansmältande på grund av den höga elasticiteten hos polyrotanlim.De nya limmens funktion står i skarp kontrast till de befintliga limmens (vanligtvis enkla linjära polymerer).De befintliga limmen har begränsad elasticitet och kan därför inte behålla partikelformen ordentligt.Tidigare lim kan sprida krossade partiklar och minska eller till och med förlora kapaciteten hos kiselelektroder.

Författaren menar att detta är en utmärkt demonstration av vikten av grundforskning.Polyrotaxane vann Nobelpriset förra året för konceptet "mekaniska bindningar"."Mekanisk bindning" är ett nydefinierat begrepp som kan läggas till klassiska kemiska bindningar, såsom kovalenta bindningar, jonbindningar, koordinationsbindningar och metallbindningar.Långsiktig grundforskning tar gradvis upp batteriteknikens långvariga utmaningar i en oväntad takt.Författarna nämnde också att de för närvarande arbetar med en stor batteritillverkare för att integrera sina molekylära remskivor i faktiska batteriprodukter.

Sir Fraser Stoddart, 2006 års Noble Laureate Chemistry Award-vinnare vid Northwestern University, tillade: "Mekaniska bindningar har återhämtat sig för första gången i en energilagringsmiljö.KAIST-teamet använde skickligt mekaniska bindemedel i polyrotaxaner med släpring och funktionaliserad alfa-cyklodextrin spiral polyetylenglykol, vilket markerade ett genombrott i prestanda för litiumjonbatterier på marknaden, när remskivaformade aggregat med mekaniska bindemedel.Föreningar ersätter konventionella material med endast en kemisk bindning, vilket kommer att ha en betydande inverkan på egenskaperna hos material och utrustning.