「分子輪鎖」技術可打造壽命更持久的硅陽極電池

據外媒報道，長壽命電池的想法，距離實現又更近了一步。 之前的問題是，某種電池材料可以擁有很大的能量，但是很快就會分解掉。好消息是，通過『輪鎖』結構來保持電池中的硅材料的話，就可以克服這個缺點。 對於製造商們來說，與其選擇石墨，他們更喜歡用硅元素來製作電池的陽極組件，畢竟後者能夠儲存 5 倍以上的能量。不過它也不是沒有缺點，特別是容易在膨脹 400% 後破裂，意味著這類電池的壽命很糟糕。

滑輪狀的多聚准輪烷(ring-sliding polyrotaxanes)，賦予了新電池粘合劑異常高的彈性，以延長鋰離子電池中硅微粒電極的循環壽命。

科學家們已打造出了分子級的「工程滑輪」。這些滑輪能夠將硅元素緊緊鎖住，所以不會導致其膨脹。

測試發現，新型電池可在數百次循環周期後，依然保有 98% 的電量、且續航能力與石墨陽極相當。顯然，這項儲能技術的重大進步，可極大推進電動汽車等領域的發展。

下面介紹下電池是如何工作的：

電池兩端分為陰陽極，其中鋰陰極帶有正電子、陽極則有帶負電荷的離子。

充電的時候，鋰離子會從陰極跑到陽極;放電的時候，這個過程又會反過來。

論文合著者、韓國科學技術院(KAIST)工程師 Jang Wook Choi 表示：

通常情況下，陽極使用石墨製成的。早期針對硅陽極的研究，多採用了一種粘合劑。然而這種工藝太生硬，無法隨著硅移動或牢固鎖住粒子。

不過在新研究中，Choi 團隊打造出了一種雙效粘合劑，它不僅彈性好得可以適應膨脹、但又強韌得不讓硅破散掉。論文合著者，同樣來自 KAIST 的 Ali Coskun 表示：

這種『輪鎖』被稱作「聚輪烷」(Polyrotaxane)，由一種套著可以上下滑動的『螺紋圈』組成。它可以隨著硅陽極的膨脹而動，同時用力鎖住、防止其膨脹過頭而解體。

需要指出的是，Coskun 是在美國西北大學導師、 2016 諾貝爾化學獎 得主 Fraser Stoddart 名下念的博士後。

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