실리콘 양극은 배터리 업계에서 큰 주목을 받고 있습니다.비교리튬 이온 배터리흑연 양극을 사용하면 3~5배 더 큰 용량을 제공할 수 있습니다.용량이 크다는 것은 한 번 충전할 때마다 배터리가 더 오래 지속된다는 것을 의미하며, 이는 전기 자동차의 주행 거리를 크게 연장할 수 있습니다.실리콘은 풍부하고 저렴하지만 Si 양극의 충전-방전 주기는 제한되어 있습니다.각 충방전 주기 동안 부피가 크게 팽창하고 정전 용량도 감소하여 전극 입자가 파손되거나 전극 필름이 박리됩니다.

KAIST 최장욱 교수, 알리 코스쿤 교수 연구팀은 실리콘 양극을 적용한 대용량 리튬이온전지용 분자 풀리 접착제를 7월 20일 발표했다.

KAIST 팀은 배터리 전극에 폴리머를 추가하여 전극을 금속 기판에 부착하는 것을 포함하여 분자 풀리(폴리로탁산이라고 함)를 배터리 전극 바인더에 통합했습니다.폴리로탄의 고리는 폴리머 골격에 나사로 고정되어 있으며 골격을 따라 자유롭게 움직일 수 있습니다.

폴리로탄의 고리는 실리콘 입자의 부피 변화에 따라 자유롭게 움직일 수 있습니다.링의 슬립은 실리콘 입자의 모양을 효과적으로 유지하여 지속적인 부피 변화 과정에서 분해되지 않습니다.폴리로탄 접착제의 높은 탄성으로 인해 분쇄된 실리콘 입자도 응집 상태를 유지할 수 있다는 점은 주목할 만합니다.새로운 접착제의 기능은 기존 접착제(보통 단순한 선형 폴리머)의 기능과 뚜렷한 대조를 이룹니다.기존 접착제는 탄성에 한계가 있어 입자 형태를 견고하게 유지할 수 없습니다.이전 접착제는 분쇄된 입자를 흩뿌려 실리콘 전극의 용량을 줄이거나 잃을 수도 있습니다.

저자는 이것이 기초 연구의 중요성을 보여주는 훌륭한 사례라고 믿습니다.폴리로탁산은 지난해 '기계적 결합' 개념으로 노벨상을 수상했다.'기계적 결합'은 공유결합, 이온결합, 배위결합, 금속결합 등 고전적인 화학결합에 추가할 수 있는 새로 정의된 개념이다.장기적인 기초 연구는 예상치 못한 속도로 배터리 기술의 오랜 과제를 점진적으로 해결하고 있습니다.저자들은 또한 현재 대형 배터리 제조업체와 협력하여 분자 풀리를 실제 배터리 제품에 통합하고 있다고 언급했습니다.

Northwestern University에서 2006년 Noble Laureate Chemistry Award를 수상한 Sir Fraser Stoddart는 다음과 같이 덧붙였습니다. “에너지 저장 환경에서 기계 결합이 처음으로 회복되었습니다.KAIST 팀은 슬립링 폴리로탁산과 기능화된 알파-시클로덱스트린 나선형 폴리에틸렌 글리콜에 기계적 바인더를 능숙하게 사용하여 기계적 바인더를 사용하여 도르래 모양의 집합체를 만들 때 시판되는 리튬 이온 배터리의 성능에 획기적인 발전을 이루었습니다.화합물은 기존 재료를 단 하나의 화학 결합으로 대체하며, 이는 재료 및 장비의 특성에 상당한 영향을 미칩니다.