由POSTECH教授Soojin Park（化学系）和Youn Soo Kim（材料科学与工程系）以及Sogang大学Jaegeon Ryu教授（化学与生物分子工程系）领导的一个研究小组开发了一种用于高容量阳极材料的带电聚合物粘合剂，该粘合剂稳定可靠，能提供比传统石墨阳极的容量高10倍或以上的容量。这一突破是通过用硅阳极代替石墨并结合分层带电聚合物实现的，同时保持稳定性和可靠性。研究成果以封面文章形式发表在《Advanced Functional Materials》杂志上。

硅等高容量阳极材料对于制造高能量密度锂离子电池至关重要，它们可以提供至少10倍于现有石墨或其他阳极材料的容量。这里的挑战在于，在与锂反应过程中，高容量阳极材料的体积膨胀会对电池性能和稳定性构成威胁。为了缓解这个问题，研究人员一直在研究可以有效控制体积膨胀的聚合物粘合剂。

然而，迄今为止的研究仅集中在化学交联和氢键上。化学交联涉及粘合剂分子之间的共价键合，使它们成为固体，但有一个致命的缺陷：一旦断裂，键就无法恢复。另一方面，氢键是分子间基于电负性差异的可逆二次键合，但其强度（10～65 kJ/mol）相对较弱。

研究团队开发的新型聚合物不仅利用了氢键，还利用了库仑力（正电荷和负电荷之间的吸引力）。这些力的强度为250 kJ/mol，远高于氢键。同时，它们是可逆的，因此很容易控制体积膨胀。高容量阳极材料表面大多带负电荷，层状带电聚合物正负电荷交替排列，有效地与阳极结合。此外，该团队引入聚乙二醇来调节物理特性并促进锂离子扩散，从而导致锂离子电池中产生的较厚的高容量电极和最大能量密度。

Soojin Park教授解释说：“这项研究有可能通过结合高容量阳极材料显着提高锂离子电池的能量密度，从而延长电动汽车的行驶里程。硅基阳极材料可能会将续航里程增加至少十倍。”