Bateria a pur de polímero

Una bateria basada en polímero utilisa materials orgànics en lloc de metals per a formar una pila. Les bateries basades en metals actualment acceptades plantegen molts reptes per la llimitació de recursos, l'impacte ambiental negatiu i la proximitat del llímit del progrés. Els polímero redox actius són opcions atractives per als electrodos de les bateries per la seua disponibilitat sintètica, alta capacitat, flexibilitat, pes llauger, baix cost i baixa toxicitat. Estudis recents han explorat cóm aumentar l'eficiència i reduir els reptes per a impulsar els materials actius polimèrics més cap a la practicidad en les bateries. S'estan estudiant molts tipos de polímero, com els conductors, els no conductors i els radicals. Les bateries en una combinació d'electrodos (un electrodo metàlic i un atre polimèric) són més fàcils de provar i comparar en les actuals bateries metàliques, pero les bateries en càtodo i ànodo polimèrics també són objecte d'investigació. Les bateries basades en polímero, incloses les combinacions d'electrodos metàlics i polimèrics, deuen distinguir-se de les bateries de metal-polímero, com les bateries d'polímero de liti, que solen incloure un electrolito polimèric en lloc de materials actius polimèrics.

Els polímero orgànics es poden processar a temperatures relativament baixes, lo que reduïx els costs. També produïxen menys diòxit de carbono.

Història

Les bateries orgàniques són una alternativa a les tecnologies de bateries de reacció metàlica, i s'està investigant molt en este camp.

Un artícul titulat "Bateries de plàstic-metal: New promise for the electric car" escrivia en 1982: "S'estan investigant dos polímero orgànics diferents per al seu possible us en bateries" i indicava que la demostració que va fer es basava en un treball iniciat en 1976.

En 2001, NEC es va posar en contacte en l'Universitat de Waseda i va escomençar a centrar-se en les bateries orgàniques. En 2002, un investigador de NEC va presentar un treball sobre la tecnologia d'polímero de piperidinoxilo, i en 2005 varen presentar una bateria orgànica radical (ORB) basada en un PTMA modificat, poli(2,2,6,6-tetrametilpiperidiniloxi-4-il metacrilato).

En 2006, l'Universitat de Brown va anunciar una tecnologia basada en el polipirrol. En 2007, Waseda va anunciar una nova tecnologia ORB basada en "polímero soluble, polinorboreno en grups radicals de nitróxido colgantes".

En 2015, uns investigadors varen desenrollar un polímero eficient, conductor i transportador d'electrons. El descobriment va amprar un disseny de "polímero redox conjugat" en un polímero de naftaleno - bitiofeno que s'ha utilisat per a transistors i cèlules solars. Dopat en ions de liti, oferia una conductivitat electrònica significativa i permaneixia estable durant 3.000 cicles de càrrega i descàrrega. Fa temps que existixen polímero conductors de buits. L'polímero presenta la major densitat de potència per a un material orgànic en condicions pràctiques de medició. Una bateria podia carregar-se al 80% en 6 segons. La densitat energètica seguia sent inferior a la de les bateries inorgàniques.

Electroquímica

De la mateixa manera que les piles metàliques, la reacció en una pila d'polímero es produïx entre un electrodo positiu i un atre negatiu en potencials redox diferents. Un electrolito transporta les càrregues entre estos electrodos. Per a que una substància siga un material actiu adequat per a una pila, deu poder participar en una reacció redox química i termodinámicamente reversible. A diferència de les bateries basades en metals, el procés dels quals redox es basa en la càrrega de valència dels metals, el procés redox de les bateries basades en polímero es basa en un canvi d'estat de càrrega en el material orgànic. Per a obtindre una alta densitat energètica, els electrodos deuen tindre energies específiques similars.

Classificació de materials actius

El material orgànic actiu pot ser de tipo p, de tipo n o de tipo b. Durant la càrrega, els materials de tipo p es oxidan i produïxen cationes, mentres que els de tipo n es reduïxen i produïxen aniones. Els materials orgànics de tipo B poden oxidarse o reduir-se durant la càrrega o la descàrrega.