Si los científicos alguna vez van a cumplir la promesa de órganos artificiales implantables o ropa que se seca sola, primero deberán resolver el problema de las baterías inflexibles que se agotan demasiado rápido. Se están acercando y hoy los investigadores informan que han desarrollado un nuevo material entretejiendo dos polímeros juntos de una manera que aumenta enormemente la capacidad de almacenamiento de carga.

Los investigadores presentarán su trabajo hoy en la 255ª Reunión y Exposición Nacional de la American Chemical Society (ACS).

"Habíamos estado desarrollando redes de polímeros para una aplicación diferente que involucraba actuación y detección táctil, ", Dice Tiesheng Wang." Después del proyecto, nos dimos cuenta de que el estirable, el material flexible que habíamos fabricado podría utilizarse potencialmente para el almacenamiento de energía ".

Baterías específicamente baterías de iones de litio, dominan el panorama del almacenamiento de energía. Sin embargo, las reacciones químicas subyacentes al proceso de carga y descarga de las baterías son lentas, limitando la cantidad de energía que pueden entregar. Más, las baterías tienden a degradarse con el tiempo, requiriendo reemplazo. Un dispositivo de almacenamiento de energía alternativo, el supercondensador, se carga rápidamente y genera una gran potencia, lo que potencialmente podría permitir que los autos eléctricos aceleren más rápidamente, entre otras aplicaciones. Más, los supercondensadores almacenan energía electrostáticamente, no químicamente, lo que las hace más estables y duraderas que muchas baterías. Pero los supercondensadores disponibles comercialmente de hoy requieren aglutinantes y tienen baja densidad de energía, limitando su aplicación en la electrónica emergente para llevar a cualquier parte.

Wang, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Stoyan Smoukov, Doctor., en la Universidad de Cambridge (Reino Unido) sospecharon que un material a base de polímero conductor flexible de otro proyecto en el que estaban trabajando podría ser una mejor alternativa. Polímeros conductores, como poli (3, 4-etilendioxitiofeno) (PEDOT), son supercondensadores candidatos que tienen ventajas sobre los supercondensadores tradicionales basados ​​en carbono como materiales de almacenamiento de carga. Son pseudocapacitivas, lo que significa que permiten reacciones electroquímicas reversibles, y también son químicamente estables y económicos. Sin embargo, Los iones solo pueden penetrar en los polímeros un par de nanómetros de profundidad, dejando gran parte del material como peso muerto. Los científicos que trabajaban para mejorar la movilidad de los iones habían desarrollado previamente nanoestructuras que depositan capas delgadas de polímeros conductores sobre los materiales de soporte. lo que mejora el rendimiento del supercondensador al hacer que más polímero sea accesible a los iones. El inconveniente según Wang, es que estas nanoestructuras pueden ser frágiles, difícil de hacer reproducible cuando se amplía y tiene poca estabilidad electroquímica, limitando su aplicabilidad.

Entonces, Smoukov y Wang desarrollaron un material más robusto tejiendo un polímero conductor con un polímero de almacenamiento de iones. Los dos polímeros se cosieron para formar una geometría similar a un bastón de caramelo, con un polímero jugando el papel de la raya blanca y el otro, rojo. Mientras PEDOT conduce electricidad, el otro polímero, poli (óxido de etileno) (PEO), Puede almacenar iones. La geometría entretejida es fundamental para los beneficios del almacenamiento de energía, Wang dice:porque permite que los iones accedan a más material en general, acercándose al "límite teórico".

Cuando se prueba, el supercondensador de bastón de caramelo demostró mejoras sobre PEDOT solo con respecto a la flexibilidad y la estabilidad del ciclo. También tenía casi el doble de capacitancia específica en comparación con los supercondensadores convencionales basados ​​en PEDOT.

Todavía, hay margen de mejora, Dice Smoukov. "En experimentos futuros, sustituiremos polianilina por PEDOT para aumentar la capacitancia, ", dice." Polianilina, porque puede almacenar más carga por unidad de masa, potencialmente podría almacenar tres veces más electricidad que PEDOT para un peso dado ". Eso significa que las baterías más livianas con el mismo almacenamiento de energía se pueden cargar más rápido, que es una consideración importante en el desarrollo de nuevos wearables, robots y otros dispositivos.