ขั้วบวกซิลิคอนได้รับความสนใจอย่างมากในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนการใช้ขั้วบวกกราไฟต์สามารถเพิ่มความจุได้ถึง 3-5 เท่า ความจุที่มากขึ้นหมายความว่าแบตเตอรี่จะใช้งานได้นานขึ้นหลังจากการชาร์จแต่ละครั้ง ซึ่งสามารถเพิ่มระยะทางการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมาก แม้ว่าซิลิคอนจะมีอยู่มากมายและราคาถูก แต่รอบการชาร์จและการคายประจุของขั้วบวกซิลิคอนมีจำกัด ในแต่ละรอบการชาร์จและการคายประจุ ปริมาตรของมันจะขยายตัวอย่างมาก และแม้แต่ความจุจะลดลง ซึ่งจะนำไปสู่การแตกหักของอนุภาคอิเล็กโทรดหรือการหลุดลอกของฟิล์มอิเล็กโทรด

ทีมวิจัยจาก KAIST นำโดยศาสตราจารย์ Jang Wook Choi และศาสตราจารย์ Ali Coskun รายงานเมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม เกี่ยวกับกาวแบบรอกระดับโมเลกุลสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความจุสูงที่มีขั้วบวกเป็นซิลิคอน

ทีมวิจัยจาก KAIST ได้ผสานกลไกการเคลื่อนที่ระดับโมเลกุล (เรียกว่า โพลีโรแทกเซน) เข้ากับสารยึดเกาะขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ รวมถึงการเติมโพลิเมอร์ลงในขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่เพื่อยึดขั้วไฟฟ้าเข้ากับพื้นผิวโลหะ วงแหวนในโพลีโรเทนจะถูกขันเข้ากับโครงสร้างโพลิเมอร์และสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามโครงสร้างนั้น

วงแหวนในโพลีโรเทนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอนุภาคซิลิคอน การเลื่อนของวงแหวนช่วยรักษารูปทรงของอนุภาคซิลิคอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ไม่เกิดการแตกตัวในกระบวนการเปลี่ยนแปลงปริมาตรอย่างต่อเนื่อง ที่น่าสังเกตคือ แม้แต่อนุภาคซิลิคอนที่บดละเอียดก็ยังคงรวมตัวกันได้เนื่องจากความยืดหยุ่นสูงของกาวโพลีโรเทน คุณสมบัติของกาวชนิดใหม่นี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากกาวที่มีอยู่เดิม (โดยทั่วไปเป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นธรรมดา) กาวที่มีอยู่เดิมมีความยืดหยุ่นจำกัด จึงไม่สามารถรักษารูปทรงของอนุภาคได้อย่างมั่นคง กาวเดิมอาจทำให้เกิดการกระจัดกระจายของอนุภาคที่บดละเอียด และลดหรือแม้แต่สูญเสียประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดซิลิคอนได้

ผู้เขียนเชื่อว่านี่เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมที่แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการวิจัยพื้นฐาน โพลีโรแทกเซนได้รับรางวัลโนเบลเมื่อปีที่แล้วจากแนวคิดเรื่อง "พันธะเชิงกล" "พันธะเชิงกล" เป็นแนวคิดที่เพิ่งได้รับการนิยามใหม่ ซึ่งสามารถเพิ่มเข้าไปในพันธะเคมีแบบดั้งเดิม เช่น พันธะโคเวเลนต์ พันธะไอออนิก พันธะโคออร์ดิเนชัน และพันธะโลหะ การวิจัยพื้นฐานในระยะยาวกำลังค่อยๆ แก้ไขความท้าทายที่ยาวนานของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในอัตราที่คาดไม่ถึง ผู้เขียนยังกล่าวถึงว่าขณะนี้พวกเขากำลังทำงานร่วมกับผู้ผลิตแบตเตอรี่รายใหญ่เพื่อบูรณาการรอกโมเลกุลของพวกเขาเข้ากับผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่จริง

เซอร์ เฟรเซอร์ สตอดดาร์ท ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2006 จากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น กล่าวเสริมว่า “พันธะเชิงกลได้กลับมามีบทบาทอีกครั้งเป็นครั้งแรกในสภาพแวดล้อมการจัดเก็บพลังงาน ทีมงาน KAIST ได้ใช้สารยึดเกาะเชิงกลอย่างชาญฉลาดในโพลีโรแทกเซนแบบวงแหวนเลื่อนและโพลีเอทิลีนไกลคอลแบบเกลียวอัลฟาไซโคลเดกซ์ทรินที่มีฟังก์ชันการทำงาน ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในตลาด เมื่อสารประกอบรูปทรงรอกที่มีสารยึดเกาะเชิงกลเข้ามาแทนที่วัสดุแบบดั้งเดิมด้วยพันธะเคมีเพียงหนึ่งพันธะ ซึ่งจะมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติของวัสดุและอุปกรณ์”