Kiselanoder har väckt stor uppmärksamhet inom batteriindustrin. Jämfört medlitiumjonbatterierMed grafitanoder kan de ge 3–5 gånger större kapacitet. Den större kapaciteten innebär att batteriet håller längre efter varje laddning, vilket avsevärt kan förlänga körsträckan för elfordon. Även om kisel finns i överflöd och är billigt, är laddnings- och urladdningscyklerna för Si-anoder begränsade. Under varje laddnings- och urladdningscykel kommer deras volym att öka kraftigt, och till och med deras kapacitans kommer att minska, vilket kommer att leda till att elektrodpartiklarna spricker eller elektrodfilmen delamineras.

KAIST-teamet, lett av professor Jang Wook Choi och professor Ali Coskun, rapporterade den 20 juli ett molekylärt remskivelim för litiumjonbatterier med hög kapacitet med kiselanoder.

KAIST-teamet integrerade molekylära remskivor (kallade polyrotaxaner) i batterielektrodbindemedel, inklusive att tillsätta polymerer till batterielektroderna för att fästa elektroderna vid metallsubstrat. Ringarna i polyrotan är skruvade in i polymerskelettet och kan röra sig fritt längs skelettet.

Ringarna i polyrotan kan röra sig fritt med volymförändringen hos kiselpartiklarna. Ringarnas glidning kan effektivt bibehålla formen på kiselpartiklarna, så att de inte sönderfaller i den kontinuerliga volymförändringsprocessen. Det är anmärkningsvärt att även krossade kiselpartiklar kan förbli koalescerande på grund av polyrotanlimmens höga elasticitet. Funktionen hos de nya limmen står i skarp kontrast till den hos befintliga lim (vanligtvis enkla linjära polymerer). De befintliga limmen har begränsad elasticitet och kan därför inte bibehålla partikelformen ordentligt. Tidigare lim kan sprida krossade partiklar och minska eller till och med förlora kiselelektrodernas kapacitet.

Författaren anser att detta är en utmärkt demonstration av vikten av grundforskning. Polyrotaxan vann Nobelpriset förra året för konceptet "mekaniska bindningar". "Mekanisk bindning" är ett nyligen definierat koncept som kan läggas till klassiska kemiska bindningar, såsom kovalenta bindningar, jonbindningar, koordinationsbindningar och metallbindningar. Långsiktig grundforskning tar gradvis itu med de långvariga utmaningarna inom batteritekniken 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, vinnare av Nobelpriset i kemi 2006 vid Northwestern University, tillade: ”Mekaniska bindningar har återhämtat sig för första gången i en energilagringsmiljö. KAIST-teamet använde skickligt mekaniska bindemedel i släpringspolyrotaxaner och funktionaliserad alfa-cyklodextrinspiralpolyetylenglykol, vilket markerade ett genombrott i prestandan hos litiumjonbatterier på marknaden, när remskivor aggregat med mekaniska bindemedel. Föreningar ersätter konventionella material med endast en kemisk bindning, vilket kommer att ha en betydande inverkan på materialegenskaper och utrustning.”