Nanocomposite Polymer Electrolytes based on Poly(oxyethylene) and Cellulose Whiskers

Electrolitos poliméricos nanocompuestos a base de poli(oxietileno) y bigotes de celulosa

Se prepararon nanocompuestos poliméricos conductores de litio sólidos basados en poli(oxietileno) (POE) a partir de bigotes celulósicos de alta relación de aspecto y sal de imida de litio, LiTFSI. Los bigotes celulósicos se extrajeron de tunicados -un animal marino- y consistían en delgadas varillas paralelepípedas que tienen una longitud media en torno a 1 μm y una anchura cercana a los 15 nm. Se obtuvieron electrolitos nanocompuestos de alto rendimiento. El relleno proporcionó un elevado efecto de refuerzo al tiempo que se mantuvo un alto nivel de conductividad iónica con respecto a los electrolitos poliméricos sin relleno. También se investigó la reticulación y plastificación de la matriz, así como la preparación de los compuestos a partir de un medio orgánico.

INTRODUCCIÓN

El rápido crecimiento de las tecnologías exige el desarrollo de una nueva generación de fuentes de energía de alto rendimiento. Los materiales conductores de iones basados en polímeros han generado un gran interés en el campo de las baterías de litio debido a su aplicación como electrolito. En esta aplicación, el electrolito polimérico desempeña dos funciones cruciales: actúa como separador mecánico entre los dos electrodos y como medio de conducción iónica para la sal de litio disuelta en un disolvente orgánico. 

En 1979, Armand et al.[1] vislumbraron el potencial de los electrolitos poliméricos sólidos en dispositivos electroquímicos. Estos electrolitos se utilizan en forma de películas finas y pueden presentarse como electrolitos secos (sin disolventes orgánicos) o plastificados. Con un electrolito polimérico seco, es posible alcanzar una alta densidad de energía específica a temperaturas medias cuando se utiliza litio como electrodo negativo.

Muchos estudios han centrado sus esfuerzos en mejorar la conductividad iónica de los electrolitos poliméricos, especialmente aquellos realizados con poli(oxietileno) (POE) y sus copolímeros, debido a su gran capacidad solvatante. Sin embargo, el elevado grado de cristalinidad del POE limita considerablemente la conductividad iónica a temperatura ambiente, dado que su punto de fusión (Tm) es de aproximadamente 60 °C. Inicialmente, se asumió que una alta conductividad iónica requería un carácter amorfo en los electrolitos poliméricos[1,2], lo cual fue posteriormente confirmado mediante investigaciones de RMN[3], que demostraron que la conductividad predomina en las fases amorfas donde la movilidad iónica es facilitada por las cadenas poliméricas.

Por lo tanto, los electrolitos basados en POE deben ser utilizados a temperaturas superiores a su Tm para mostrar una conductividad adecuada. Desafortunadamente, las propiedades mecánicas del POE son muy pobres a estas temperaturas.