中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在電池界中硅陽極受到極大的關(guān)注，與當(dāng)前使用石墨陽極的鋰離子電池相比，它們可以提供3-5倍的更大容量，更大的容量意味著每次充電過后，電池的使用時(shí)間更長(zhǎng)，這能顯著延長(zhǎng)電動(dòng)車輛的行駛里程。盡管硅豐富而廉價(jià)，但Si陽極的充放電循環(huán)次數(shù)有限，在每個(gè)充放電循環(huán)期間，它們的體積會(huì)大大擴(kuò)大，甚至其電容的衰減，會(huì)導(dǎo)致電極顆粒產(chǎn)生斷裂或電極膜的分層現(xiàn)象。
【圖注】分子滑輪粘合劑的工作原理。
由Jang Wook Choi教授和Ali Coskun教授領(lǐng)銜的KAIST研究小組于7月20日?qǐng)?bào)道了一種用于硅陽極鋰離子大容量電池的分子滑輪粘合劑。
KAIST團(tuán)隊(duì)將分子滑輪（稱為聚輪烷）整合到電池電極粘合劑中，包括在電池電極中加入聚合物，以便將電極附著到金屬基底上。將聚輪烷中的環(huán)擰入聚合物骨架中，并且可以沿骨架自由移動(dòng)。
聚輪烷中的環(huán)可以隨著硅顆粒的體積變化而自由移動(dòng)，環(huán)的滑動(dòng)可以有效地保持Si的顆粒形狀，使其不會(huì)在連續(xù)的體積變化過程中崩解。值得注意的是，由于聚輪烷粘合劑具有高彈性，即使粉碎的硅顆粒也能保持聚結(jié)狀態(tài)。新粘合劑的功能與現(xiàn)有的粘合劑（通常是簡(jiǎn)單的線性聚合物）形成鮮明對(duì)比，現(xiàn)有的粘合劑彈性有限，因此不能牢固地保持顆粒形狀。以前的粘合劑會(huì)使粉碎的顆粒發(fā)生散射，會(huì)使得硅電極降低甚至失去其容量。
作者認(rèn)為這極好地顯示了基礎(chǔ)研究的重要性，Polyrotaxane去年憑借“機(jī)械債券”這個(gè)概念獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。 “機(jī)械結(jié)合”是一個(gè)新確定的概念，可以添加到經(jīng)典化學(xué)鍵中，如共價(jià)鍵，離子鍵，配位鍵和金屬鍵。長(zhǎng)期的基礎(chǔ)研究正在以意想不到的速度，逐步解決電池技術(shù)方向長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)。作者還提到，他們目前正在與一家大型電池制造商合作，將其分子滑輪集成到實(shí)際的電池產(chǎn)品中。
西北大學(xué)2006年度Noble Laureate化學(xué)獎(jiǎng)得主Fraser Stoddart爵士還補(bǔ)充說：“機(jī)械式債券在儲(chǔ)能環(huán)境中首次復(fù)蘇，KAIST團(tuán)隊(duì)巧妙地使用滑環(huán)聚輪烷中的機(jī)械粘合劑，在α-環(huán)糊精環(huán)螺旋的聚乙二醇上的功能化，標(biāo)志著市場(chǎng)上鋰離子電池性能的突破，當(dāng)帶有機(jī)械粘合劑的滑輪狀聚合物取代僅有單獨(dú)化學(xué)鍵的常規(guī)材料，這種物理鍵會(huì)給材料性能以及設(shè)備性能帶來極為顯著的影響。”
