Los ánodos de silicio han atraído gran atención en la industria de las baterías.Comparado conbaterías de iones de litioAl utilizar ánodos de grafito, pueden proporcionar una capacidad de 3 a 5 veces mayor.La mayor capacidad significa que la batería durará más después de cada carga, lo que puede ampliar significativamente la distancia de conducción de los vehículos eléctricos.Aunque el silicio es abundante y barato, los ciclos de carga-descarga de los ánodos de Si son limitados.Durante cada ciclo de carga y descarga, su volumen aumentará considerablemente e incluso su capacitancia disminuirá, lo que provocará la fractura de las partículas del electrodo o la delaminación de la película del electrodo.

El equipo KAIST, dirigido por el profesor Jang Wook Choi y el profesor Ali Coskun, presentó el 20 de julio un adhesivo de polea molecular para baterías de iones de litio de gran capacidad con ánodos de silicio.

El equipo de KAIST integró poleas moleculares (llamadas polirotaxanos) en aglutinantes de electrodos de batería, incluida la adición de polímeros a los electrodos de la batería para unir los electrodos a sustratos metálicos.Los anillos de polirotano están atornillados al esqueleto de polímero y pueden moverse libremente a lo largo del esqueleto.

Los anillos de polirotano pueden moverse libremente con el cambio de volumen de las partículas de silicio.El deslizamiento de los anillos puede mantener eficazmente la forma de las partículas de silicio, de modo que no se desintegren en el proceso continuo de cambio de volumen.Cabe destacar que incluso las partículas de silicio trituradas pueden permanecer coalescentes debido a la alta elasticidad de los adhesivos de polirotano.La función de los nuevos adhesivos contrasta marcadamente con la de los adhesivos existentes (normalmente polímeros lineales simples).Los adhesivos existentes tienen una elasticidad limitada y por lo tanto no pueden mantener firmemente la forma de las partículas.Los adhesivos anteriores pueden dispersar partículas trituradas y reducir o incluso perder la capacidad de los electrodos de silicio.

El autor cree que ésta es una excelente demostración de la importancia de la investigación básica.El polirotaxano ganó el año pasado el Premio Nobel por el concepto de “enlaces mecánicos”.El “enlace mecánico” es un concepto recientemente definido que se puede agregar a los enlaces químicos clásicos, como los enlaces covalentes, los enlaces iónicos, los enlaces de coordinación y los enlaces metálicos.La investigación básica a largo plazo está abordando gradualmente los desafíos de larga data de la tecnología de baterías a un ritmo inesperado.Los autores también mencionaron que actualmente están trabajando con un gran fabricante de baterías para integrar sus poleas moleculares en productos de baterías reales.

Sir Fraser Stoddart, ganador del Premio Noble de Química 2006 de la Universidad Northwestern, añadió: “Los enlaces mecánicos se han recuperado por primera vez en un entorno de almacenamiento de energía.El equipo de KAIST utilizó hábilmente aglutinantes mecánicos en polirotaxanos de anillo colector y polietilenglicol en espiral de alfa-ciclodextrina funcionalizada, lo que marcó un gran avance en el rendimiento de las baterías de iones de litio en el mercado, cuando se agregan en forma de polea con aglutinantes mecánicos.Los compuestos reemplazan los materiales convencionales con un solo enlace químico, lo que tendrá un impacto significativo en las propiedades de los materiales y equipos.