シリコン負極は電池業界で大きな注目を集めています。と比べてリチウムイオン電池グラファイト陽極を使用すると、3 ～ 5 倍の容量を提供できます。容量が大きいということは、各充電後のバッテリーの持続時間が長くなることを意味し、電気自動車の走行距離を大幅に伸ばすことができます。シリコンは豊富で安価ですが、Si アノードの充放電サイクルは限られています。充放電のたびに体積が大きく膨張し、静電容量も低下し、電極粒子の破損や電極膜の剥離につながります。

Jang Wook Choi教授とAli Coskun教授が率いるKAISTチームは7月20日、シリコンアノードを備えた大容量リチウムイオン電池用の分子プーリー接着剤を報告した。

KAISTチームは、電池電極にポリマーを加えて電極を金属基板に取り付けるなど、分子滑車（ポリロタキサンと呼ばれる）を電池電極バインダーに統合した。ポリロタンのリングはポリマー骨格にねじ込まれており、骨格に沿って自由に動くことができます。

ポリロタンのリングはシリコン粒子の体積変化に合わせて自由に動きます。リングの滑りによりシリコン粒子の形状が効果的に維持されるため、連続的な体積変化プロセスでシリコン粒子が崩壊することはありません。ポリロタン接着剤の高い弾性により、粉砕されたシリコン粒子でも合体状態を維持できることは注目に値します。新しい接着剤の機能は、既存の接着剤 (通常は単純な線状ポリマー) の機能とは顕著に対照的です。従来の接着剤は弾性が限られているため、粒子形状をしっかりと維持することができません。従来の接着剤は粉砕粒子を飛散させ、シリコン電極の容量を低下させたり、さらには損失させ​​る可能性がありました。

著者は、これは基礎研究の重要性をよく示していると信じています。ポリロタキサンは「機械的結合」の概念で昨年ノーベル賞を受賞した。「機械的結合」は、共有結合、イオン結合、配位結合、金属結合などの古典的な化学結合に追加できる、新しく定義された概念です。長期にわたる基礎研究により、バッテリー技術の長年の課題が予想外の速度で徐々に解決されつつあります。著者らはまた、現在、大手電池メーカーと協力して、分子滑車を実際の電池製品に組み込んでいると述べた。

2006 年ノーブル化学賞受賞者であるノースウェスタン大学のフレイザー・ストッダート卿は次のように付け加えています。「エネルギー貯蔵環境で初めて機械的結合が回復しました。KAISTチームは、スリップリングポリロタキサンの機械結合剤と官能化α-シクロデキストリンスパイラルポリエチレングリコールを巧みに利用し、機械結合剤を使用した滑車型骨材の市場でのリチウムイオン電池の性能に画期的な進歩をもたらした。化合物は従来の材料をたった 1 つの化学結合で置き換えるものであり、材料や装置の特性に大きな影響を与えます。