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Polímeros conjugados porosos para el almacenamiento de energía sostenible

Las baterías de ion Litio (LIBs) son una de las tecnologías de almacenamiento electroquímico de energía más prometedoras. Esto es debido a que son capaces de obtener una gran densidad de energía, alta tensión, poco peso y mínimo efecto memoria. Actualmente las LIBs son utilizadas en dispositivos electrónicos como son los móviles, las tablets o en vehículos eléctricos como motos o coches entre otros ejemplos. Aun así, y a pesar de su gran potencial y aplicación, presentan algunas limitaciones derivadas de su falta de sostenibilidad. Un ejemplo es que los materiales activos que forman las LIBs comerciales están basados en elementos inorgánicos que en algunos casos son muy escasos en la corteza terrestre (Litio, Cobalto, etc.) y están localizados en países donde prevalecen unas condiciones laborales muy precarias para su extracción. 

Una gran alternativa son los compuestos orgánicos. Estos compuestos presentan importantes características, como son su bajo precio, son respetuosos con el medio ambiente y presentan gran versatilidad química. Actualmente investigadores de todas las partes del mundo están enfocando sus investigaciones a multitud de compuestos que abarcan desde pequeñas moléculas hasta grandes polímeros con distintas estructuras y modelos. Uno de los compuestos más prometedores son los polímeros redox microporosos conjugados. Este tipo de materiales combina las ventajas asociadas a su naturaleza orgánica junto con una estructura tridimensional porosa que facilita la difusión de iones y la trasferencia electrónica dentro de la batería. 

Utilizando un enfoque prometedor, la Unidad de Procesos Electroquímicos en colaboración con la Unidad de Procesos Fotoactivados de IMDEA Energía han publicado recientemente un artículo* en la prestigiosa revista Advanced Functional Materials. En este artículo desarrollan un nuevo polímero microporoso conjugado a base de antraquinona que es fácilmente dispersable debido a su nanoestructura, lo que permite la fabricación de electrodos de alta calidad como cátodos para baterías de iones de litio. El polímero microporoso redox publicado exhibe una gran área superficial (> 2000 m2 g − 1) con micro-mesoporosidad. Estas interesantes propiedades texturales junto con la robustez inherente de los polímeros porosos conjugados contribuyen a su excelente rendimiento electroquímico, presentando altas capacidades gravimétrica (100 mAh g ‒ 1), excelentes velocidades de carga y descarga (50% de retención de capacidad a 30C) y ciclabilidad a largo plazo sin precedentes, conservando el 58% de su capacidad inicial durante más de 80 000 ciclos a 30 C.

(*) A. Molina, N. Patil, E. Ventosa, M. Liras, J. Palma and R. Marcilla, “New Anthraquinone-based Conjugated Microporous Polymer Cathode with Ultrahigh Specific Surface Area for High-Performance Lithium-ion Batteries“ Advanced Functional Materials (2019) 1908074. https://doi.org/10.1002/adfm.201908074

Más información: Rebeca Marcilla rebeca.marcilla@imdea.org, Investigadora Senior de la Unidad de Procesos Electroquímicos. https://www.energia.imdea.org/research_units/

Fecha: 
Jueves, Junio 25, 2020