Diseño de polímeros electrolitos nanoestructurados para su aplicación en baterías de ión litio Público Deposited
Se sintetizaron nanocompuestos electrolitos a base de poli(etilenglicol) metacrilato (pPEGMA), las partículas inorgánicas montmorillonita (MMT), zeolita (ZSM-5), la sal de litio (trifluorometilsulfonil) imida (LiTFSI) y el líquido iónico bis 1-butil-1-metilpirrolidinio (PYR11TFSI) empleando dos rutas de síntesis distintas. La técnica de sonicación se utilizó con éxito para introducir las partículas inorgánicas en la matriz polimérica, proporcionando una dispersión uniforme y rompiendo agregados para asegurar una estructura amorfa en el polímero. La influencia del contenido de partículas inorgánicas (1, 3 y 5 % en peso) se discutieron en términos de las propiedades térmicas y morfológicas de los materiales. Las técnicas de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) permitieron observar una incrustación eficiente de las partículas inorgánicas en la matriz de pPEGMA, mientras que los análisis realizados por medio de las técnicas de Termogravimetría (TGA), Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), Espectroscopia de Infrarrojo (FTIR) y Difracción de Rayos X (DRX) mostraron que para los sistemas binarios BN-MMT y BN-ZSM-5, que contienen LiTFSI, la morfología de la matriz polimérica (pPEGMA) se traduce en una matriz reticulada amorfa donde se obstaculiza el movimiento de iones Li+ . Este comportamiento se debe a una fuerte interacción entre la superficie de la nanopartícula aniónica con los grupos metileno (-CH2-) del pPEGMA y nanopartícula aniónica con el catión Li+ . La adición del líquido iónico PYR11TFSI para los sistemas ternarios TN-MMT y TN-ZSM-5 disminuyó las interacciones antes mencionadas, lo que provocó un aumento de la separación de la capa interfacial, otorgando flexibilidad a las cadenas poliméricas. Estos efectos derivan en significativas mejoras en las conductividades iónicas de TN-MMT (4.0x10-4 Scm-1 ) y TN-ZSM-5 (9.4x10-6 Scm-1 ) a 30 °C. La menor conductividad obtenida para TN-ZSM-5 en comparación con TN-MMT se explica teniendo en cuenta que la introducción del catión en los canales de zeolita está bloqueada, ya que (PYR11 + ) tiene un mayor tamaño en comparación con el diámetro de los canales de ZSM-5 (aproximadamente 0.56 nm), en los que únicamente los iones Li+ fuera de ZSM-5 se pueden transferir de manera eficiente. La conductividad iónica exhibida por estos materiales ocurre por medio de movimientos tipo “salto” a través de la formación de una débil esfera de coordinación formada entre el oxígeno éter y el oxígeno del carbonilo de la cadena de pPEGMA. Estos materiales presentan propiedades morfológicas, térmicas y mecánicas adecuadas, así como una mejora significativa en la conductividad de los iones Li+ a temperatura ambiente para su aplicación en “materiales verdes”, siendo considerados como potenciales electrolitos para las baterías de ión litio.
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