隨著新能源汽車和電子器件的發(fā)展，對(duì)高容量高性能鋰離子電池的需求也不斷地增加。傳統(tǒng)鋰離子電池石墨負(fù)極的理論容量僅為370 mAh?g-1，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有需要。各路大神都在想著開發(fā)新的負(fù)極材料，比如金屬鋰，再比如崔屹教授團(tuán)隊(duì)新發(fā)現(xiàn)的一種比金屬鋰更好的鋰合金/石墨烯納米結(jié)構(gòu)材料（點(diǎn)擊閱讀相關(guān)）。除此之外，硅作為一種高容量的負(fù)極材料一直是研究的熱點(diǎn)。不過，硅有個(gè)致命弱點(diǎn)——在反復(fù)充放電的過程中體積膨脹變化太大（最高可至300%左右），易導(dǎo)致材料微結(jié)構(gòu)受損，電極電解質(zhì)界面不穩(wěn)定，電池循環(huán)壽命因而大大縮短。最近，科學(xué)家們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到添加粘合劑可以極大地改善其循環(huán)壽命。[1] 不過這種改善還不足以將硅負(fù)極推向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
近日，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的Ali Coskun教授和Jang Wook Choi教授等研究人員在Science 上發(fā)表文章，巧妙地利用滑輪原理，通過在常規(guī)的聚丙烯酸粘合劑中加入少量的聚輪烷（polyrotaxane，PR）作為“分子滑輪組”，就能極大提高粘合劑的彈性，從而極大提高硅微粒負(fù)極在充放電過程中的穩(wěn)定性。
覺得有點(diǎn)懵？“滑輪”不是公元前就被發(fā)明的工具么，和硅負(fù)極粘合劑又有什么關(guān)系？
其實(shí)，將宏觀機(jī)器縮小到納米尺度并發(fā)揮功能早已是科學(xué)家的研究方向，也是這些年納米研究的熱點(diǎn)，2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)更是頒給了在“分子機(jī)器”領(lǐng)域做出開拓性研究的三位科學(xué)家。
Ali Coskun教授和Jang Wook Choi教授一直都希望改善硅負(fù)極的性能。2015年，他們的研究團(tuán)隊(duì)在ACS Nano雜志上發(fā)表文章，試圖通過β-環(huán)糊精和樹枝狀6AD分子的相互作用，來解決硅負(fù)極嵌鋰脫鋰過程中體積膨脹收縮的問題。[2]
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