Οι άνοδοι πυριτίου έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή στη βιομηχανία μπαταριών. Σε σύγκριση μεμπαταρίες ιόντων λιθίουΧρησιμοποιώντας ανόδους γραφίτη, μπορούν να παρέχουν 3-5 φορές μεγαλύτερη χωρητικότητα. Η μεγαλύτερη χωρητικότητα σημαίνει ότι η μπαταρία θα διαρκεί περισσότερο μετά από κάθε φόρτιση, γεγονός που μπορεί να επεκτείνει σημαντικά την απόσταση οδήγησης των ηλεκτρικών οχημάτων. Αν και το πυρίτιο είναι άφθονο και φθηνό, οι κύκλοι φόρτισης-εκφόρτισης των ανόδων Si είναι περιορισμένοι. Κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου φόρτισης-εκφόρτισης, ο όγκος τους θα διευρυνθεί σημαντικά, ακόμη και η χωρητικότητά τους θα μειωθεί, γεγονός που θα οδηγήσει σε θραύση των σωματιδίων του ηλεκτροδίου ή σε αποκόλληση της μεμβράνης του ηλεκτροδίου.

Η ομάδα του KAIST, με επικεφαλής τον καθηγητή Jang Wook Choi και τον καθηγητή Ali Coskun, ανέφερε στις 20 Ιουλίου μια μοριακή κόλλα τροχαλίας για μπαταρίες ιόντων λιθίου μεγάλης χωρητικότητας με ανόδους πυριτίου.

Η ομάδα του KAIST ενσωμάτωσε μοριακές τροχαλίες (που ονομάζονται πολυροταξάνες) σε συνδετικά στοιχεία ηλεκτροδίων μπαταρίας, συμπεριλαμβανομένης της προσθήκης πολυμερών στα ηλεκτρόδια της μπαταρίας για τη σύνδεση των ηλεκτροδίων σε μεταλλικά υποστρώματα. Οι δακτύλιοι από πολυροτάνιο βιδώνονται στον σκελετό του πολυμερούς και μπορούν να κινούνται ελεύθερα κατά μήκος του σκελετού.

Οι δακτύλιοι στο πολυροτάνιο μπορούν να κινούνται ελεύθερα με την αλλαγή όγκου των σωματιδίων πυριτίου. Η ολίσθηση των δακτυλίων μπορεί να διατηρήσει αποτελεσματικά το σχήμα των σωματιδίων πυριτίου, έτσι ώστε να μην αποσυντίθενται κατά τη διαδικασία συνεχούς αλλαγής όγκου. Αξίζει να σημειωθεί ότι ακόμη και τα θρυμματισμένα σωματίδια πυριτίου μπορούν να παραμείνουν συγχωνευμένα λόγω της υψηλής ελαστικότητας των συγκολλητικών πολυροτάνιο. Η λειτουργία των νέων συγκολλητικών έρχεται σε έντονη αντίθεση με αυτή των υπαρχόντων συγκολλητικών (συνήθως απλά γραμμικά πολυμερή). Οι υπάρχουσες συγκολλητικές ύλες έχουν περιορισμένη ελαστικότητα και επομένως δεν μπορούν να διατηρήσουν σταθερά το σχήμα των σωματιδίων. Οι προηγούμενες συγκολλητικές ύλες μπορούν να διασκορπίσουν τα θρυμματισμένα σωματίδια και να μειώσουν ή ακόμα και να χάσουν την χωρητικότητα των ηλεκτροδίων πυριτίου.

Ο συγγραφέας πιστεύει ότι αυτή είναι μια εξαιρετική επίδειξη της σημασίας της βασικής έρευνας. Η πολυροταξάνη κέρδισε το βραβείο Νόμπελ πέρυσι για την έννοια των «μηχανικών δεσμών». Ο «μηχανικός δεσμός» είναι μια νεοπροσδιορισμένη έννοια που μπορεί να προστεθεί στους κλασικούς χημικούς δεσμούς, όπως οι ομοιοπολικοί δεσμοί, οι ιοντικοί δεσμοί, οι δεσμοί συντονισμού και οι μεταλλικοί δεσμοί. Η μακροπρόθεσμη βασική έρευνα αντιμετωπίζει σταδιακά τις μακροχρόνιες προκλήσεις της τεχνολογίας μπαταριών με απροσδόκητο ρυθμό. Οι συγγραφείς ανέφεραν επίσης ότι συνεργάζονται επί του παρόντος με έναν μεγάλο κατασκευαστή μπαταριών για να ενσωματώσουν τις μοριακές τροχαλίες τους σε πραγματικά προϊόντα μπαταριών.

Ο Sir Fraser Stoddart, βραβευμένος με Νόμπελ Χημείας το 2006 στο Πανεπιστήμιο Northwestern, πρόσθεσε: «Οι μηχανικοί δεσμοί έχουν ανακτηθεί για πρώτη φορά σε ένα περιβάλλον αποθήκευσης ενέργειας. Η ομάδα του KAIST χρησιμοποίησε επιδέξια μηχανικά συνδετικά υλικά σε πολυροταξάνια με δακτύλιο ολίσθησης και λειτουργικοποιημένη σπειροειδή πολυαιθυλενογλυκόλη άλφα-κυκλοδεξτρίνης, σηματοδοτώντας μια σημαντική ανακάλυψη στην απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου στην αγορά, όταν τα συσσωματώματα σε σχήμα τροχαλίας με μηχανικά συνδετικά υλικά αντικαθιστούν τα συμβατικά υλικά με έναν μόνο χημικό δεσμό, κάτι που θα έχει σημαντικό αντίκτυπο στις ιδιότητες των υλικών και του εξοπλισμού.»