Polímeros con conductividad iónica: Retos fundamentales y potencial tecnológico

Polymers with Ionic Conductivity: Fundamental Challenges and Technological Potential

Los polímeros conductores iónicos o electrolitos poliméricos preparados con la adición de una sal soluble en una matriz polimérica sólida son materiales muy importantes, asociados a una intensa actividad investigadora y esfuerzos tecnológicos. Los estudios estructurales en un sistema de sal disuelta en una matriz polimérica sólida amorfa o semicristalina pueden realizarse con diversas técnicas, como la RMN, Raman y la Espectroscopia de Aniquilación de Positrones. Los estudios estructurales se correlacionan con las propiedades electroquímicas con el fin de evaluar estos materiales para aplicaciones en baterías, supercondensadores y células solares. Los investigadores brasileños están contribuyendo a la investigación fundamental y al desarrollo de nuevas aplicaciones de los electrolitos poliméricos.

INTRODUCCIÓN

La producción, el almacenamiento y la distribución de energía son algunas de las mayores preocupaciones de la sociedad contemporánea. El desarrollo de materiales de electrodo y electrolito ha creado oportunidades para nuevos tipos de sistemas de generación y almacenamiento, que podrían contribuir decisivamente al desarrollo sostenible y armonioso de la sociedad tecnológica.

El uso de fuentes de energía alternativas inagotables, como la energía solar y la eólica, requiere sistemas con alta potencia de almacenamiento para validar su aplicación. Dentro de este contexto, el estudio de materiales sólidos conductores iónicos ha adquirido una gran importancia. La investigación espacial, la creación de nuevos tipos de memoria y arquitectura de ordenadores, dispositivos biomédicos y microsensores para el control del ambiente son algunas de las áreas que se han beneficiado del desarrollo de estos materiales.

Los electrolitos poliméricos contrastan fuertemente con los habituales conductores iónicos basados en cerámicas, como la β-alúmina sódica, el vidrio y los cristales inorgánicos, en lo que respecta al modo de transporte de la carga y a la conductividad iónica, que es de 100 a 1.000 veces menor en el caso de los polímeros. Este obstáculo se ve compensado por una serie de factores; por ejemplo, los electrolitos poliméricos pueden formar películas muy finas con una gran superficie, lo que da valores de >100 W dm^-3 a los dispositivos.

Desde un punto de vista electroquímico, cuando se produce un cambio de volumen durante los ciclos de carga y descarga, la célula electroquímica basada en electrolitos poliméricos permanece estable, sin la degradación observada en los materiales cristalinos o vítreos, debida al estrés mecánico. Otra ventaja es que los electrolitos poliméricos no requieren la incorporación de un separador poroso inerte en la célula.