Los electrolitos de estado sólido se han utilizado durante décadas en la exploración de sistemas de almacenamiento de energía y baterías de estado sólido. Estos materiales son alternativas más seguras al electrolito líquido tradicional (una solución que permite que los iones se muevan dentro de la celda) que se usa en las baterías hoy en día. Sin embargo, se necesitan nuevos conceptos para que el rendimiento de los electrolitos de polímeros sólidos existentes sea viable para los materiales de próxima generación.
Investigadores de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han explorado el papel de la estructura secundaria helicoidal en la conductividad de electrolitos de polímeros peptídicos de estado sólido y han descubierto que la estructura helicoidal tiene una conductividad mucho mejor que sus contrapartes de “bobina aleatoria”. muestra También descubrieron que las hélices más largas conducen a una mayor conductividad y que la estructura helicoidal aumenta la estabilidad general del material a temperatura y voltaje.
“Introdujimos el concepto de utilizar una estructura secundaria, la hélice, para diseñar y optimizar la propiedad material fundamental de la conductividad iónica en sólidos”, dice el profesor Chris Evans, quien dirigió el trabajo. “Es la misma hélice que se encuentra en los péptidos en biología, sólo que la usamos por razones no biológicas”.
Los polímeros adoptan una configuración aleatoria, pero la columna vertebral del polímero se puede controlar y diseñar para formar una estructura helicoidal similar al ADN. Como resultado, el polímero tendrá un momento macrodipolar: una gran separación de cargas positivas y negativas. A lo largo de la hélice, los pequeños momentos dipolares de cada unidad peptídica individual aumentarán hasta convertirse en macrodipolos, aumentando tanto la conductividad como la constante dieléctrica, una medida de la capacidad del material para almacenar energía eléctrica. Mejora la estructura y la carga generales. transporte. Cuanto más largo sea el péptido, mayor será la conductividad de la hélice.
“Estos polímeros son mucho más estables que los polímeros ordinarios: la hélice es una estructura mucho más fuerte. Se pueden alcanzar temperaturas o voltajes más altos que los polímeros en espiral aleatorios, y no degrada la hélice ni lo vemos. evidencia de que el polímero se descompone antes de que queramos”.
Además, debido a que el material está hecho de péptidos, cuando la batería falla o llega al final de su vida útil, se puede volver a convertir en unidades monoméricas individuales utilizando enzimas o ácidos. El material de partida se puede recuperar y reutilizar tras el proceso de separación, reduciendo su impacto medioambiental.
La investigación, “La estructura peptídica helicoidal mejora la conductividad y la estabilidad de los electrolitos sólidos”, se publicó en materiales naturales.
Chris también está afiliado al Laboratorio de Investigación de Materiales Evans (MRL) y al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas en Illinois.
Otros contribuyentes a este trabajo incluyen Yingeng Chen (Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, MRL e Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada, Illinois), Tianrui Zhou (Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, MRL e Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada, Illinois ). Ciencia y Tecnología, Illinois), Paul Brown (Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, MRL e Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada, Illinois) y Jianjin Cheng (Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad Westlake, China).
Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y la Oficina de Ciencias Básicas del Departamento de Energía de EE. UU., División de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
