Propuesta de evolución química y morfológica de polímeros conductores. a–c, Ilustración esquemática de arreglos de cadenas de polímeros en polímeros conductores rígidos en forma de varilla (a); polímeros conductores multifuncionales (b) y polímeros conductores multifuncionales con HOS (c). Crédito: Zhu et al. (Energía de la naturaleza2023).
Los polímeros conductores, sustancias sintéticas con moléculas grandes que pueden conducir electricidad, pueden tener una amplia gama de aplicaciones valiosas. Por ejemplo, se han utilizado para crear sensores, diodos emisores de luz, energía fotovoltaica y varios otros dispositivos.
En los últimos años, estos materiales conductores han demostrado ser particularmente prometedores para la creación de dispositivos de conversión y almacenamiento de energía, incluidas las baterías. Sin embargo, los métodos para agregar estas funcionalidades no siempre son confiables, lo que limita significativamente la implementación a gran escala de baterías basadas en estos materiales.
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad de California, Berkeley, han introducido recientemente una estrategia que podría ayudar a desarrollar de forma fiable estructuras ordenadas jerárquicamente (HOS) con formas bien definidas en polímeros conductores. Esta estrategia, presentada en un artículo publicado en Energía de la naturalezapodría abrir nuevas posibilidades para la creación de tecnologías de baterías de alto rendimiento, en particular baterías de iones de litio.
«En el diseño convencional de polímeros conductores, las funcionalidades orgánicas se introducen a través de enfoques sintéticos ascendentes para mejorar las propiedades específicas mediante la modificación de los polímeros individuales», escribieron Tianyu Zhu y sus colegas en su artículo. «Desafortunadamente, la adición de grupos funcionales conduce a efectos conflictivos, lo que limita su síntesis a escala y sus amplias aplicaciones. Mostramos un polímero conductor con bloques de construcción primarios simples que pueden procesarse térmicamente para desarrollar estructuras ordenadas jerárquicamente (HOS) con morfologías nanocristalinas bien definidas. .»
En lugar de cambiar las estructuras primarias de los polímeros conductores, como se hizo en trabajos anteriores, Zhu y sus colegas exploraron la posibilidad de formar arquitecturas 3D bien organizadas en los materiales. Estas estructuras podrían permitir funcionalidades deseables sin necesidad de aumentar la complejidad estructural primaria de un polímero.
El enfoque propuesto por los investigadores para formar estas estructuras se basa en un proceso térmico controlado. Como parte de su estudio, lo usaron específicamente para mejorar las propiedades mecánicas y de transporte de un polímero conductor llamado poli(9,9-dioctilfluoreno-co-fluorenoneco-metilbenzoico éster) o PFM.
«Nuestro enfoque para construir HOS permanentes en polímeros conductores conduce a una mejora sustancial de las propiedades de transporte de carga y la robustez mecánica, que son fundamentales para las baterías prácticas de iones de litio», explicaron Zhu y sus colegas en su artículo. «Finalmente, demostramos que los polímeros conductores con HOS permiten un rendimiento de ciclo excepcional de celdas completas con SiO de tamaño micrométrico de alta cargaX-ánodos basados en, entregando capacidades de área de más de 3.0 mAh cm−2 más de 300 ciclos y una eficiencia coulombiana media >99,95 %».
Las evaluaciones iniciales realizadas por este equipo de investigadores arrojaron resultados muy prometedores, lo que destaca la promesa de su enfoque para mejorar las funcionalidades de los polímeros conductores. Luego, Zhu y sus colegas demostraron que estos polímeros mejorados permiten la creación de baterías de iones de litio de alto rendimiento.
Si bien hasta ahora los investigadores aplicaron principalmente su método al polímero PFM, podría usarse potencialmente para cambiar las propiedades de transporte de una amplia gama de otros polímeros conductores. Esto significa que podría ayudar al desarrollo de numerosas tecnologías y dispositivos, incluidos sensores biológicos, pantallas y energía fotovoltaica, por ejemplo, ayudando a aumentar su estabilidad, eficiencia de transporte y durabilidad.
Más información:
Tianyu Zhu et al, Formación de estructuras ordenadas jerárquicamente en polímeros conductores para mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio, Energía de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41560-022-01176-6
© 2023 Ciencia X Red
Citación: Un método para cambiar las propiedades mecánicas y de transporte de los polímeros conductores (30 de enero de 2023) consultado el 30 de enero de 2023 en https://phys.org/news/2023-01-method-mechanical-properties-polymers.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.
