Batería a base de polímero
Una batería basada en polímeros utiliza materiales orgánicos en lugar de metales para formar una pila.
[1] Las baterías basadas en metales actualmente aceptadas plantean muchos retos debido a la limitación de recursos, el impacto ambiental negativo y la proximidad del límite del progreso.
Los polímeros redox activos son opciones atractivas para los electrodos de las baterías debido a su disponibilidad sintética, alta capacidad, flexibilidad, peso ligero, bajo coste y baja toxicidad.
[2] Estudios recientes han explorado cómo aumentar la eficiencia y reducir los retos para impulsar los materiales activos poliméricos más hacia la practicidad en las baterías.
Los polímeros orgánicos se pueden procesar a temperaturas relativamente bajas, lo que reduce los costos.
Un artículo titulado "Baterías de plástico-metal: New promise for the electric car" [4] escribía en 1982: "Se están investigando dos polímeros orgánicos diferentes para su posible uso en baterías" e indicaba que la demostración que hizo se basaba en un trabajo iniciado en 1976.
En 2001, NEC se puso en contacto con la Universidad de Waseda y empezó a centrarse en las baterías orgánicas.
[1] En 2007, Waseda anunció una nueva tecnología ORB basada en "polímero soluble, polinorboreno con grupos radicales de nitróxido colgantes".
En 2015, unos investigadores desarrollaron un polímero eficiente, conductor y transportador de electrones.
Para que una sustancia sea un material activo adecuado para una pila, debe poder participar en una reacción redox química y termodinámicamente reversible.
Para obtener una alta densidad energética, los electrodos deben tener energías específicas similares.
[3] Los compuestos carbonílicos han sido muy estudiados, por lo que presentan una ventaja, ya que se pueden conseguir nuevos materiales activos con grupos colgantes carbonílicos mediante muchas propiedades sintéticas diferentes.
Sin embargo, como materiales activos, los compuestos organosulfurados exhiben una ciclabilidad débil.
[11] Los radicales de nitróxido son los más comúnmente aplicados, aunque también se usan a menudo los grupos fenoxilo e hidrazilo.
[11] 400 (n-dopaje) 3.0-0.0 580 después de 90 ciclos Durante la descarga, los polímeros conductores presentan una tensión en pendiente que dificulta sus aplicaciones prácticas.
Además, la mayoría de los polímeros pueden sintetizarse a bajo coste o extraerse de la biomasa e incluso reciclarse, mientras que los metales inorgánicos tienen una disponibilidad limitada y pueden ser perjudiciales para el medio ambiente.
Los materiales activos orgánicos poliméricos se disuelven menos fácilmente y, por lo tanto, exhiben una ciclabilidad superior.
[7] Aunque superiores en este sentido a las moléculas orgánicas pequeñas, los polímeros siguen presentando solubilidad en los electrolitos, y la estabilidad de las baterías se ve amenazada por el material activo disuelto que puede desplazarse entre los electrodos, lo que provoca una disminución de la ciclabilidad y la autodescarga, lo que indica una capacidad mecánica más débil.
Este problema puede atenuarse incorporando la unidad redox-activa en la espina dorsal polimérica, pero esto puede disminuir la capacidad específica teórica y aumentar la polarización electroquímica.
[7] Un estudio de 2009 evaluó la seguridad de un polímero radical hidrófilo y descubrió que una batería de polímero radical con electrolito acuoso no es tóxica, es químicamente estable y no es explosiva, por lo que constituye una alternativa más segura a las baterías tradicionales basadas en metales.
[3] Se necesitan más estudios para comprender plenamente la seguridad de todos los electrodos poliméricos.
