Geles Poliméricos como Electrolitos en Baterías Recargables de Aluminio

• Álvaro Miguel ; Jesús L. Pablos ; Teresa Corrales ; Ana López-Cudero ^[1] ; Gary Ellis ; Víctor Gregorio ; Nuria García ; Pilar Tiemblo
  1. [1] Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros

     Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros

     Madrid, España

     
• Localización: Revista de plásticos modernos: Ciencia y tecnología de polímeros, ISSN 0034-8708, Vol. 122, Nº. 769, 2021
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    Con el objetivo de preparar electrolitos sólidos, y por tanto más seguros, para baterías de aluminio recargables, se ha estudiado la capacidad de formar geles poliméricos con una amplia variedad de polímeros en el disolvente eutéctico profundo (DES) AlCl3:urea con una composición de 1,5:1 (uralumina 150). Los polímeros utilizados, cuyo peso molecular a fin de hacerlos comparables era próximo a 100.000 g mol-1, fueron: polióxido de etileno (PEO), poli (ε-caprolactona) (PCL), polidimetilsiloxano (PDMS), polivinilpirrolidona (PVP), poliformal (PVF), poliuretanos termoplásticos (TPU), polimetacrilato de metilo (PMMA) y un copolímero de este con metacrilato de butilo (P(BM-co-MMA), poliacetato de vinilo (PVAc) y el elastómero poli(estireno-etileno-butileno-estireno) (SEBS). Los electrolitos sólidos se prepararon por disolución directa de cada uno de los polímeros en uralumina 150. Después se evaluó la relación que existe entre la estructura química de las cadenas, sus propiedades térmicas y el estado de agregación de los polímeros a la temperatura de mezclado de 70 oC, junto con su capacidad de disolución y gelificación en uralumina 150. También se caracterizaron las propiedades electroquímicas de los electrolitos tipo gel mediante voltametría cíclica y espectroscopia de impedancias. De todos los polímeros analizados, solo PEO, PCL y PDMS se disuelven en uralumina 150. De ellos, solo PEO y PDMS permiten obtener unas propiedades, tanto mecánicas como electroquímicas, adecuadas para la aplicación buscada, manteniendo la concentración de polímero por debajo del 5 % en peso. Finalmente, se ha descrito la estructura molecular tanto de uralumina 150 como de los ionogeles poliméricos, utilizando espectroscopia vibracional y simulaciones computacionales por cálculos basados en la teoría del funcional de densidad (DFT)

  • English

    In the search for solid, and thus safer, electrolytes for aluminium rechargeable batteries, a variety of polymers that allow the preparation of gel-like electrolytes from the deep eutectic solvent (DES) AlCl3:urea at a composition of 1.5:1 (uralumina 150) is studied. The polymers evaluated, with molecular weights of around 100.000 g mol-1 for comparative purposes, were: polyethylene oxide (PEO), poly(ε-caprolactone) (PCL), poly (dimethyl siloxane) (PDMS), poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), polyformal (PVF), thermoplastic polyurethanes (TPU), polymethacrylates (PMMA, P(BM-co-MMA)), polyacetates (PVAc) and the elastomer poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) (SEBS). Firstly, the gel-like electrolytes were prepared by direct dissolution of each of the polymers in uralumina. Subsequently, the relationship between the chain molecular structure, thermal properties and aggregation state at the mixing temperature of 70 oC, was evaluated and related with the capacity of the polymers to dissolve an gelify in uralumina 150. The electrochemical properties of the electrolytes were evaluated by both cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. Among all the polymers tested, only PEO, PCL and PDMS can be effectively dissolved in uralumina 150. Among these, only PEO and PDMS, at concentrations below 5 wt%, present both mechanical and electrochemical suitability for the application. . Finally, the molecular structure of uralumina 150 and the polymeric ionogels was described using vibrational spectroscopy together with computational simulations by density functional theory (DFT) calculations