El rendimiento de las baterías de litio se ha ido superando gradualmente

Los ánodos de silicio han atraído una gran atención en la industria de las baterías. En comparación con las baterías de iones de litio que utilizan 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 extender significativamente la distancia de conducción de los vehículos eléctricos. Aunque el silicio es abundante y barato, los ciclos de carga y descarga de los ánodos de Si son limitados. Durante cada ciclo de carga-descarga, su volumen se expandirá enormemente e incluso su capacitancia disminuirá, lo que conducirá a la fractura de las partículas del electrodo o la delaminación de la película del electrodo.

El equipo de KAIST, dirigido por el profesor Jang Wook Choi y el profesor Ali Coskun, informó el 20 de julio sobre 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 polirrotaxanos) en los aglutinantes de electrodos de la batería, incluida la adición de polímeros a los electrodos de la batería para unir los electrodos a los sustratos metálicos. Los anillos de polyrotano se atornillan en el esqueleto del polímero y pueden moverse libremente a lo largo del esqueleto.

Los anillos de polyrotano 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 desintegran 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 claramente 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 perder la capacidad de los electrodos de silicio.

El autor cree que esta es una excelente demostración de la importancia de la investigación básica. Polyrotaxane ganó el premio Nobel el año pasado por el concepto de "enlaces mecánicos". El "enlace mecánico" es un concepto recientemente definido que se puede agregar a los enlaces químicos clásicos, como enlaces covalentes, enlaces iónicos, enlaces de coordinación y 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 Laureate Chemistry Award 2006 en la Northwestern University, agregó: "Las uniones mecánicas 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 deslizante y polietileno espiral funcionalizado de alfa-ciclodextrina glicol, marcando un gran avance en el desempeño de las baterías de iones de litio en el mercado, cuando se agregan agregados en forma de polea con aglutinantes mecánicos.Los compuestos reemplazan a los materiales convencionales con un solo enlace químico, lo que tendrá un impacto significativo en las propiedades de los materiales y equipos.

La página contiene el contenido de la traducción automática.