Se gli scienziati manterranno la promessa di organi artificiali impiantabili o indumenti che si asciugano da soli, dovranno prima risolvere il problema delle batterie poco flessibili che si scaricano troppo velocemente. si stanno avvicinando, e oggi i ricercatori riferiscono di aver sviluppato un nuovo materiale intrecciando due polimeri in un modo che aumenta notevolmente la capacità di immagazzinamento della carica.

I ricercatori presenteranno oggi il loro lavoro al 255esimo National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).

"Stavamo sviluppando reti polimeriche per un'applicazione diversa che prevedeva attuazione e rilevamento tattile, " Tiesheng Wang dice. "Dopo il progetto, ci siamo resi conto che l'elastico, il materiale pieghevole che avevamo realizzato poteva essere potenzialmente utilizzato per l'accumulo di energia".

batterie, in particolare batterie agli ioni di litio, dominare il panorama dello stoccaggio di energia. Però, le reazioni chimiche alla base del processo di carica e scarica delle batterie sono lente, limitando la potenza che possono fornire. Più, le batterie tendono a degradarsi nel tempo, che richiedono la sostituzione. Un dispositivo di accumulo di energia alternativo, il supercondensatore, si carica rapidamente e genera una potenza seria, che potrebbe potenzialmente consentire alle auto elettriche di accelerare più rapidamente, tra le altre applicazioni. Più, i supercondensatori immagazzinano energia elettrostaticamente, non chimicamente, il che le rende più stabili e durevoli di molte batterie. Ma i supercondensatori oggi disponibili in commercio richiedono leganti e hanno una bassa densità di energia, limitando la loro applicazione nell'elettronica emergente go-anywhere.

Wang, uno studente laureato nel laboratorio di Stoyan Smoukov, dottorato di ricerca, dell'Università di Cambridge (Regno Unito) sospettava che un materiale flessibile a base di polimeri conduttori di un altro progetto a cui stavano lavorando potesse essere un'alternativa migliore. polimeri conduttori, come poli(3, 4-etilendiossitiofene) (PEDOT), sono supercondensatori candidati che presentano vantaggi rispetto ai tradizionali supercondensatori a base di carbonio come materiali di accumulo di carica. sono pseudocapacitivi, nel senso che consentono reazioni elettrochimiche reversibili, e sono anche chimicamente stabili e poco costosi. Però, gli ioni possono penetrare nei polimeri solo un paio di nanometri di profondità, lasciando gran parte del materiale come peso morto. Gli scienziati che lavorano per migliorare la mobilità ionica avevano precedentemente sviluppato nanostrutture che depositano strati sottili di polimeri conduttori sopra i materiali di supporto, che migliora le prestazioni del supercondensatore rendendo più accessibile il polimero agli ioni. Lo svantaggio, secondo Wang, è che queste nanostrutture possono essere fragili, difficile da rendere riproducibile quando ingrandito e povero di stabilità elettrochimica, limitandone l'applicabilità.

Così, Smoukov e Wang hanno sviluppato un materiale più robusto intrecciando un polimero conduttore con un polimero ad accumulo di ioni. I due polimeri sono stati cuciti insieme per formare una geometria simile a un bastoncino di zucchero, con un polimero che svolge il ruolo della striscia bianca e l'altro, rosso. Mentre PEDOT conduce elettricità, l'altro polimero, poli(ossido di etilene) (PEO), può immagazzinare ioni. La geometria intrecciata è strumentale ai benefici dell'accumulo di energia, Wang dice, perché consente agli ioni di accedere a più materiale in generale, avvicinandosi al "limite teorico".

Quando testato, il supercondensatore del bastoncino di zucchero ha dimostrato miglioramenti rispetto al solo PEDOT per quanto riguarda la flessibilità e la stabilità del ciclismo. Aveva anche quasi il doppio della capacità specifica rispetto ai tradizionali supercondensatori basati su PEDOT.

Ancora, ci sono margini di miglioramento, dice Smoukov. "Negli esperimenti futuri, sostituiremo la polianilina con PEDOT per aumentare la capacità, " dice. "Polianilina, perché può immagazzinare più carica per unità di massa, potrebbe potenzialmente immagazzinare tre volte più elettricità di PEDOT per un dato peso." Ciò significa che le batterie più leggere con lo stesso accumulo di energia possono essere caricate più velocemente, che è una considerazione importante nello sviluppo di nuovi dispositivi indossabili, robot e altri dispositivi.