Los ánodos de silicio han atraído gran atención en la industria de las baterías. En comparación conbaterías de iones de litioAl utilizar ánodos de grafito, se puede lograr una capacidad de 3 a 5 veces mayor. Esta mayor capacidad implica que la batería durará más tiempo tras cada carga, lo que puede extender significativamente la autonomía de los vehículos eléctricos. Si bien el silicio es abundante y económico, los ciclos de carga y descarga de los ánodos de silicio son limitados. Durante cada ciclo, su volumen se expande considerablemente e incluso su capacitancia disminuye, lo que puede provocar la fractura de las partículas del electrodo o la delaminación de la película del electrodo.

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

El equipo de KAIST integró poleas moleculares (denominadas polirrotaxanos) en los aglutinantes de los electrodos de las baterías, incluyendo la adición de polímeros a los electrodos para fijarlos a los sustratos metálicos. Los anillos del polirrotano se enroscan en la estructura polimérica y pueden moverse libremente a lo largo de ella.

Los anillos de polirrotano pueden moverse libremente con el cambio de volumen de las partículas de silicio. El deslizamiento de los anillos mantiene eficazmente la forma de las partículas de silicio, evitando así su desintegración durante el proceso continuo de cambio de volumen. Cabe destacar que incluso las partículas de silicio trituradas pueden permanecer coalescentes gracias a la alta elasticidad de los adhesivos de polirrotano. La función de estos nuevos adhesivos contrasta notablemente con la de los adhesivos existentes (generalmente 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 las partículas trituradas y reducir o incluso anular la capacidad de los electrodos de silicio.

El autor considera que esta es una excelente demostración de la importancia de la investigación básica. El polirrotaxano ganó el Premio Nobel el año pasado por el concepto de "enlaces mecánicos". El "enlace mecánico" es un concepto de reciente definición que se suma a los enlaces químicos clásicos, como los enlaces covalentes, iónicos, de coordinación y 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 colaboran con un importante fabricante de baterías para integrar sus poleas moleculares en productos de baterías reales.

Sir Fraser Stoddart, ganador del Premio Nobel de Química 2006 en 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 polirrotaxanos de anillo deslizante y polietilenglicol espiral de alfa-ciclodextrina funcionalizada, lo que supone un avance en el rendimiento de las baterías de iones de litio del mercado, cuando los agregados en forma de polea con aglutinantes mecánicos sustituyen a los materiales convencionales con un solo enlace químico, lo que tendrá un impacto significativo en las propiedades de los materiales y los equipos».