Los ánodos de silicio están recibiendo mucha atención por parte de la comunidad de baterías. Pueden entregar capacidades de 3 a 5 veces mayores en comparación con los que usan ánodos de grafito actuales en baterías de iones de litio. Una mayor capacidad significa un mayor uso de la batería por carga, que esparticularmente crítico para extender el kilometraje de conducción de vehículos totalmente eléctricos. Aunque el silicio es abundante y barato, los ánodos de Si tienen un número de ciclo de carga-descarga limitado, que generalmente es menos de 100 veces con tamaños de micropartículas. Su volumen se expande enormemente durante cada carga-ciclo de descarga, lo que conduce a fracturas de las partículas del electrodo o delaminación de la película del electrodo por igual, incluso en descomposición de su capacidad.
Un equipo de investigación de KAIST dirigido por los profesores Jang Wook Choi y Ali Coskun informó sobre un aglutinante de polea molecular para ánodos de silicio de alta capacidad de baterías de iones de litio ciencia el 20 de julio
El equipo de KAIST integró poleas moleculares, llamadas polirrotaxanos, en un aglutinante de electrodos de batería, un polímero incluido en los electrodos de batería para unir los electrodos a sustratos metálicos. En un polirrotaxano, los anillos se enroscan en una columna vertebral de polímero y pueden moverse libremente a lo largo de la columna vertebral.
El movimiento libre de los anillos en los polirrotaxanos puede seguir los cambios de volumen de las partículas de silicio. El movimiento deslizante de los anillos puede retener eficientemente las partículas de Si sin desintegrarse durante su cambio continuo de volumen. Es notable que incluso las partículas de silicio pulverizado puedan permanecer unidas porquede la alta elasticidad del aglutinante de polirrotaxano. La funcionalidad de los nuevos aglutinantes está en marcado contraste con los aglutinantes existentes generalmente polímeros lineales simples con elasticidad limitada ya que los aglutinantes existentes no son capaces de retener firmemente las partículas pulverizadas. Los aglutinantes anteriores permitieron que las partículas pulverizadas se dispersaran, y el electrodo de silicio se degrada y pierde su capacidad.
Los autores dijeron: "Este es un buen ejemplo de mostrar la importancia de la investigación fundamental. Polyrotaxane recibió el Premio Nobel el año pasado, basado en el concepto llamado 'enlace mecánico'. El 'enlace mecánico' es un concepto recientemente identificado, y puedeagregarse a los enlaces químicos clásicos en química, como los enlaces covalentes, iónicos, de coordinación y metálicos. El largo estudio fundamental ahora se está expandiendo en una dirección inesperada que aborda desafíos de larga data en la tecnología de baterías ".
Los autores también mencionaron que actualmente están colaborando con un importante fabricante de baterías para integrar sus poleas moleculares en productos de baterías reales.
Sir Fraser Stoddart, de la Northwestern University, Premio Nobel de Química 2016, también agregó: "Los enlaces mecánicos han venido al rescate por primera vez en un contexto de almacenamiento de energía. El uso ingenioso del equipo KAIST de enlaces mecánicos en polirrotaxanos de anillo deslizante -- basado en polietilenglicol roscado con anillos de alfa-ciclodextrina funcionalizados - marca un gran avance en el rendimiento de las baterías de iones de litio comercializables. Este importante avance tecnológico proporciona aún más evidencia de que cuando los polímeros tipo polea que llevan enlaces mecánicos desplazan materiales convencionales basados en productos químicosenlaces solos, la influencia única de este enlace físico sobre las propiedades de los materiales y el rendimiento de los dispositivos puede ser profunda y cambiar el juego ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por El Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :