La técnica ‘one-pot’ crea electrolitos de batería inorgánica y de polímeros simultáneamente

Crear electrolitos de batería, el componente que transporta las partículas cargadas de un lado a otro entre los dos terminales de una batería, siempre ha sido una compensación.

Los electrolitos inorgánicos en estado sólido mueven las partículas de manera extremadamente eficiente, pero ser sólido e inorgánico significa que también son frágiles, difíciles de trabajar y difíciles de conectar sin problemas con los terminales. Los electrolitos de polímeros son un sueño para trabajar, pero simplemente no mueva los iones cargados también.

Mezclar los dos para crear electrolitos híbridos crea, bueno, resultados mixtos.

“Hay un dilema. Es un híbrido lo mejor de ambos mundos en términos de mayor conductividad iónica de las propiedades mecánicas inorgánicas y buenas del polímero, ¿o es una combinación de sus peores propiedades?” dijo el asst. Prof. Chibueze Amanchukwu de la Universidad de Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (Uchicago PME).

Una nueva técnica del laboratorio Amanchukwu construye electrolitos inorgánicos y de polímeros al mismo tiempo, en el mismo recipiente. Este método in situ “un recipiente” crea una mezcla controlada y homogénea, combinando la conductividad de los sólidos inorgánicos con la flexibilidad de los polímeros.

“Cuando haces baterías de metal de litioel método in situ supera el método de mezcla física de manera bastante sustancial “, dijo Amanchukwu.

Su trabajo es publicado en Química de materiales.

Aunque el estudio se centró en los electrolitos de la batería, la nueva técnica tendrá un impacto en la investigación de semiconductores, electrónica, recubrimientos industriales, selladores y cualquier otro campo en el que se base materiales híbridos.

“Supongamos que quieres algo que se estire realmente bien y que puedan girar y girar, como la electrónica portátil. Lo que puedes hacer es diseñar el polímero de modo que tengas la flexibilidad mecánica con ese material”, dijo el primer autor Priyadarshini Mirmira.

Uniendo las transmisiones

Hacer materiales híbridos actualmente implica dos corrientes de síntesis. Los materiales inorgánicos y de polímero se realizan por separado, incluso si ambos están sintetizando al mismo tiempo, entonces hay el tiempo extra necesario para mezclar los dos materiales.

Es una molestia en el laboratorio, pero un obstáculo económico en la industria de escalas de producción en masa requiere.

“Desde un punto de vista industrial, eso es realmente difícil y costoso tratar de ampliar”, dijo Mirmira. “Si puede hacerlos a los dos en un enfoque de una sola pod, ahora ha reducido la mano de obra que necesita para hacer el material híbrido”.

Mezclar materiales sintéticos de alta tecnología crea los mismos problemas que mezclar avena: liquidaciones. Una mezcla coagulada y grumosa significa baterías ineficientes, selladores agrupados y electrónica menos útil.

“Hice el polvo, la cerámica, hice el polímero, me dejé mezclarlos”, dijo Amanchukwu. “El desafío es: ¿Qué hace una buena mezcla? ¿Quieres una buena mezcla?

Hacer los materiales juntos en una olla crea una mezcla física perfecta, sino que el equipo también vio que algunos materiales se unieron químicamente.

“Para algunas combinaciones del precursor inorgánico y el precursor del polímero, vimos evidencia de reticulación, que significa un enlace químico Entre el inorgánico y el polímero, “Amanchukwu dijo.” Esa es solo una química de materiales nuevos que nos entusiasmaron “.

Múltiples aplicaciones

El documento se centró en las baterías de litio porque son los más comunes en los vehículos eléctricos, el almacenamiento de la cuadrícula y otras aplicaciones. Pero la técnica también puede funcionar con baterías de sodio, que avanzan como una alternativa menos costosa y abundante al litio.

“Realmente es una cuestión de cambiar uno de los reactivos en lo inorgánico para que sea aplicable a una celda de batería de sodio también”, dijo Mirmira.

La escala del proceso de un solo recipiente hasta los niveles necesarios para la fabricación industrial requerirá “un par de perillas diferentes para sintonizar”, dijo Mirmira. El proceso debe estar completamente libre de aire, para empezar, procesados ​​bajo Argón u otro gas inerte. Eso es más fácil de mantener en el laboratorio que en un piso de fábrica.

En segundo lugar, la olla se calienta. Llegar a los niveles industriales requerirá un ajuste preciso: el recipiente debe calentarse lo suficiente como para sintetizar el polímero, pero no tan caliente que supere la temperatura de degradación de los materiales.

“Cuando amplíe esta reacción, tendrá más material, el recipiente se volverá aún más caliente, esencialmente”, dijo Mirmira. “Así que tienes que preocuparte por control de temperatura“

Una vez que se superan esos obstáculos, la investigación conducirá a híbridos perfectos y homogéneos creados de manera económica y químicamente eficiente.

“Ese tipo de control de poder tener un inorgánico totalmente integrado polímero El material fue un desafío que estábamos tratando de resolver, y una cosa genial que pudimos lograr “, dijo Mirmira.