آندهای سیلیکونی توجه زیادی را در صنعت باتری به خود جلب کردهاند. در مقایسه باباتریهای لیتیوم-یونبا استفاده از آندهای گرافیتی، آنها میتوانند ۳ تا ۵ برابر ظرفیت بیشتری ارائه دهند. ظرفیت بیشتر به این معنی است که باتری پس از هر بار شارژ، دوام بیشتری خواهد داشت که میتواند مسافت رانندگی وسایل نقلیه الکتریکی را به طور قابل توجهی افزایش دهد. اگرچه سیلیکون فراوان و ارزان است، اما چرخههای شارژ-دشارژ آندهای سیلیکونی محدود است. در طول هر چرخه شارژ-دشارژ، حجم آنها به شدت افزایش مییابد و حتی ظرفیت آنها کاهش مییابد که منجر به شکستگی ذرات الکترود یا لایه لایه شدن فیلم الکترود میشود.
تیم KAIST به رهبری پروفسور جانگ ووک چوی و پروفسور علی کاسکون، در 20 جولای از ساخت یک چسب قرقرهای مولکولی برای باتریهای لیتیوم یونی با ظرفیت بالا با آندهای سیلیکونی خبر دادند.
تیم KAIST قرقرههای مولکولی (به نام پلیروتاکسان) را در چسبانندههای الکترود باتری ادغام کردند، از جمله افزودن پلیمرها به الکترودهای باتری برای اتصال الکترودها به زیرلایههای فلزی. حلقههای موجود در پلیروتان به اسکلت پلیمری پیچ میشوند و میتوانند آزادانه در امتداد اسکلت حرکت کنند.
حلقههای موجود در پلیروتان میتوانند آزادانه با تغییر حجم ذرات سیلیکون حرکت کنند. لغزش حلقهها میتواند به طور مؤثر شکل ذرات سیلیکون را حفظ کند، به طوری که در فرآیند تغییر حجم مداوم از هم نپاشند. قابل توجه است که حتی ذرات سیلیکون خرد شده نیز به دلیل خاصیت ارتجاعی بالای چسبهای پلیروتان میتوانند به هم پیوسته باقی بمانند. عملکرد چسبهای جدید در تضاد کامل با چسبهای موجود (معمولاً پلیمرهای خطی ساده) است. چسبهای موجود خاصیت ارتجاعی محدودی دارند و بنابراین نمیتوانند شکل ذرات را به طور محکم حفظ کنند. چسبهای قبلی میتوانند ذرات خرد شده را پراکنده کرده و ظرفیت الکترودهای سیلیکونی را کاهش داده یا حتی از دست بدهند.
نویسنده معتقد است که این یک نمایش عالی از اهمیت تحقیقات بنیادی است. پلیروتاکسان سال گذشته به خاطر مفهوم «پیوندهای مکانیکی» جایزه نوبل را از آن خود کرد. «پیوند مکانیکی» یک مفهوم تازه تعریف شده است که میتواند به پیوندهای شیمیایی کلاسیک، مانند پیوندهای کووالانسی، پیوندهای یونی، پیوندهای کئوردیناسیونی و پیوندهای فلزی اضافه شود. تحقیقات بنیادی بلندمدت به تدریج با سرعتی غیرمنتظره به چالشهای دیرینه فناوری باتری میپردازد. نویسندگان همچنین اشاره کردند که در حال حاضر با یک تولیدکننده بزرگ باتری برای ادغام قرقرههای مولکولی خود در محصولات باتری واقعی همکاری میکنند.
سر فریزر استودارت، برنده جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۰۶ از دانشگاه نورث وسترن، افزود: «پیوندهای مکانیکی برای اولین بار در یک محیط ذخیرهسازی انرژی بازیابی شدهاند. تیم KAIST با مهارت از چسبهای مکانیکی در پلیروتاکسانهای حلقه لغزنده و پلیاتیلن گلیکول مارپیچی آلفا-سیکلودکسترین عاملدار شده استفاده کردند و با تجمع چسبهای مکانیکی به شکل قرقره، پیشرفتی در عملکرد باتریهای لیتیوم-یون موجود در بازار ایجاد کردند. ترکیبات، مواد معمولی را با تنها یک پیوند شیمیایی جایگزین میکنند که تأثیر قابل توجهی بر خواص مواد و تجهیزات خواهد داشت.»
زمان ارسال: ۱۰ مارس ۲۰۲۳