Encuadernador de "polea" molecular: un gran avance en el rendimiento de la batería de iones de litio

Los ánodos de silicio son una gran preocupación en la comunidad de baterías. En comparación con las baterías de iones de litio que actualmente utilizan ánodos de grafito, pueden proporcionar de 3 a 5 veces más capacidad. Una mayor capacidad significa que la batería se usa más tiempo después de cada carga. Esto puede extender significativamente el kilometraje de los vehículos eléctricos. Aunque el silicio es abundante y barato, el número de ciclos de carga y descarga del ánodo de Si es limitado. Durante cada ciclo de carga y descarga, su volumen se expandirá enormemente, e incluso la atenuación de su capacitancia hará que las partículas del electrodo rompan o formen una capa en la membrana del electrodo. fenómeno.

El 20 de julio, el equipo de investigación de KAIST dirigido por el profesor JangWook Choi y el profesor AliCoskun informó sobre un adhesivo de polea molecular para baterías de iones de litio de ánodo de silicio.

El equipo de KAIST integró la polea molecular (llamada poliestán) en el adhesivo del electrodo de la batería, incluida la adición de un polímero al electrodo de la batería para unir el electrodo al sustrato metálico. El anillo del poliestireno se retuerce en el esqueleto del polímero y se puede mover libremente a lo largo del esqueleto.

El anillo en el polialcano puede moverse libremente con el volumen de las partículas de silicio, y el deslizamiento del anillo puede mantener eficazmente la forma de las partículas de Si para que no se desintegren durante los cambios de volumen continuos. Vale la pena señalar que incluso las partículas de silicio trituradas pueden permanecer cohesivas debido a la alta elasticidad del aglutinante de poliestán. La función del nuevo aglutinante está en marcado contraste con el aglutinante existente (generalmente un polímero lineal simple). El aglutinante existente tiene una elasticidad limitada y, por lo tanto, no puede mantener firmemente la forma de las partículas. Los adhesivos anteriores pueden dispersar las partículas trituradas, lo que puede reducir o incluso perder la capacidad de los electrodos de silicio.

Los autores dicen que esta es una excelente demostración de la importancia de la investigación básica, y Polyrotaxane ganó un Premio Nobel el año pasado por el concepto de "enlaces mecánicos". La "unión mecánica" 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 en la dirección de la tecnología de baterías a un ritmo inesperado. Los autores también señalan que actualmente están trabajando con un gran fabricante de baterías para integrar sus poleas moleculares en productos de baterías reales.

El premio Nobel de Química 2006 de la Universidad de Northwestern, Sir FraserStoddart, también añadió: "Las uniones mecánicas se recuperaron por primera vez en un entorno de almacenamiento de energía. El equipo de KAIST usó inteligentemente el aglutinante mecánico en el poliestireno de anillo deslizante, en el anillo α. el tornillo de polietilenglicol, Esto marca un gran avance en el rendimiento de las baterías de iones de litio en el mercado. Cuando los polímeros de polea con adhesivos mecánicos reemplazan los materiales convencionales con solo uniones químicas simples, esta unión física tendrá un impacto muy significativo en el rendimiento de los materiales. Y equipamiento. "

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