在電池界中硅陽極受到極大的關(guān)注，與當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，電池的使用時間更長，這能顯著延長電動車輛的行駛里程。盡管硅豐富而廉價，但Si陽極的充放電循環(huán)次數(shù)有限，在每個充放電循環(huán)期間，它們的體積會大大擴大，甚至其電容的衰減，會導(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JangWookChoi教授和AliCoskun教授領(lǐng)銜的KAIST研究小組于7月20日報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團隊將分子滑輪（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。

聚輪烷中的環(huán)可以隨著硅顆粒的體積變化而自由移動，環(huán)的滑動可以有效地保持Si的顆粒形狀，使其不會在連續(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（通常是簡單的線性聚合物）形成鮮明對比，現(xiàn)有的粘合劑彈性有限，因此不能牢固地保持顆粒形狀。以前的粘合劑會使粉碎的顆粒發(fā)生散射，會使得硅電極降低甚至失去其容量。

作者認為這極好地顯示了基礎(chǔ)研究的重要性，Polyrotaxane去年憑借“機械債券”這個概念獲得了諾貝爾獎。“機械結(jié)合”是一個新確定的概念，可以添加到經(jīng)典化學(xué)鍵中，如共價鍵，離子鍵，配位鍵和金屬鍵。長期的基礎(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際的電池產(chǎn)品中。

西北大學(xué)2006年度NobleLaureate化學(xué)獎得主FraserStoddart爵士還補充說：“機械式債券在儲能環(huán)境中首次復(fù)蘇，KAIST團隊巧妙地使用滑環(huán)聚輪烷中的機械粘合劑，在α-環(huán)糊精環(huán)螺旋的聚乙二醇上的功能化，標志著市場上鋰離子電池性能的突破，當帶有機械粘合劑的滑輪狀聚合物取代僅有單獨化學(xué)鍵的常規(guī)材料，這種物理鍵會給材料性能以及設(shè)備性能帶來極為顯著的影響。”