La professoressa della Texas A&M University, la dott.ssa Jodie L. Lutkenhaus, è un passo avanti verso la realizzazione del suo obiettivo di creare una batteria composta interamente da polimeri, che ha il potenziale per caricarsi e scaricarsi molto più velocemente delle batterie tradizionali. Lutkenhaus, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica Artie McFerrin, ha dettagliato le sue scoperte più recenti su questi polimeri in un articolo in Materiali della natura .

Un grosso ostacolo alla creazione di un metal-free, La batteria ai polimeri al 100% sta trovando un polimero che è elettrochimicamente attivo, il che significa che deve essere in grado di immagazzinare e scambiare elettroni. Lutkenhaus, insieme a un team di ricercatori tra cui il dottorando Shaoyang Wang, pensa che i polimeri radicali organici faranno il trucco. A causa della loro struttura chimica, i polimeri radicalici organici sono molto stabili e reattivi. Hanno un singolo elettrone sul gruppo radicale, e questo elettrone spaiato consente un rapido trasferimento di carica in questi polimeri durante le reazioni redox.

Secondo Lutkenhaus, l'attrattiva principale di questa classe di polimeri risiede nella velocità della reazione. "Questi polimeri sono molto promettenti per le batterie perché possono caricarsi e scaricarsi molto più velocemente di qualsiasi batteria comune in un telefono o dispositivo simile. Questa ricarica rapida potrebbe cambiare drasticamente il modo in cui vengono utilizzati i veicoli elettrici oggi".

Le proprietà redox-attive dei polimeri radicalici organici sono note da tempo. Però, prima di questa ricerca l'esatto meccanismo con cui gli elettroni e gli ioni vengono trasportati attraverso il polimero non era stato descritto. In parte, la scala e la velocità con cui avvengono queste reazioni rendono difficile acquisire dati affidabili. Però, Lutkenhaus e il suo team sono stati in grado di acquisire misurazioni incredibilmente dettagliate utilizzando un dispositivo specializzato, una microbilancia elettrochimica a cristalli di quarzo con monitoraggio della dissipazione (EQCM-D).

L'uso di un EQCM-D è in realtà abbastanza semplice, ma opera su scale estremamente piccole. Lutkenhaus ha spiegato la configurazione sperimentale:"Mentre carichiamo e scarichiamo il polimero, lo stiamo effettivamente pesando, quindi sappiamo esattamente quanto pesa anche con una precisione del nanogrammo. Il dispositivo è così sensibile che possiamo misurare gli ioni che entrano ed escono dal polimero radicale organico".

I risultati dell'analisi EQCM-D hanno portato a risultati alquanto inaspettati. Prima di questa ricerca il consenso era che solo gli anioni venivano trasportati in questo processo. Però, i risultati mostrano che vengono trasportati anche gli ioni di litio. Ulteriore, il comportamento e il trasporto degli ioni sembra essere più dipendente dall'elettrolita che dal polimero stesso.

Con questa più profonda comprensione dei processi sottostanti, Lutkenhaus prevede di dare un'occhiata più da vicino alle interazioni del polimero elettrolitico.