Uma nova técnica da Escola de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago Pritzker constrói eletrólitos de bateria inorgânicos e de polímero ao mesmo tempo, no mesmo navio. Esse método in situ “um pote” cria uma mistura controlada e homogênea, combinando a condutividade dos sólidos inorgânicos com a flexibilidade dos polímeros.
Criar eletrólitos de bateria – o componente que carrega as partículas carregadas entre os dois terminais de uma bateria – sempre foi uma troca.
Os eletrólitos inorgânicos de estado sólido movem as partículas de maneira extremamente eficiente, mas ser sólido e inorgânico significa que eles também são quebradiços, difíceis de trabalhar e difíceis de se conectar perfeitamente aos terminais. Os eletrólitos de polímeros são um sonho de trabalhar, mas simplesmente não movem os íons carregados também.
Misturar os dois para criar eletrólitos híbridos cria, bem, resultados mistos.
“Há um dilema. Um híbrido é o melhor dos dois mundos em termos de maior condutividade iônica das propriedades mecânicas inorgânicas e boas do polímero, ou é uma combinação de suas piores propriedades?” disse Asst. Chibueze Amanchukwu da Escola de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago Pritzker (Uchicago PME).
Uma nova técnica do Amanchukwu Lab cria eletrólitos inorgânicos e de polímero ao mesmo tempo, na mesma embarcação. Esse método in situ “um pote” cria uma mistura controlada e homogênea, combinando a condutividade dos sólidos inorgânicos com a flexibilidade dos polímeros.
“Quando você fabrica baterias de metallic de lítio, o método in situ supera o método de mistura física de maneira bastante substancial”, disse Amanchukwu.
O trabalho deles foi publicado em Química de Materiais.
Embora o estudo tenha se concentrado nos eletrólitos da bateria, a nova técnica terá impacto na pesquisa de semicondutores, eletrônicos, revestimentos industriais, selantes e qualquer outro campo que se baseie em materiais híbridos.
“Digamos que você queira algo que se estenda muito bem e possa torcer e girar – como eletrônicos vestíveis – o que você poderia fazer é projetar o polímero para que você tenha flexibilidade mecânica com esse materials”, disse o primeiro autor Priyadarshini Mirmira, PhD’24.
Unindo os fluxos
Atualmente, a fabricação de materiais híbridos envolve dois fluxos de síntese. Os materiais inorgânicos e poliméricos são feitos separadamente, mesmo que ambos estejam sintetizando ao mesmo tempo – então há o tempo additional necessário para misturar os dois materiais.
É um aborrecimento no laboratório, mas um obstáculo econômico na indústria de escalas de produção em massa exige.
“Do ponto de vista industrial, isso é realmente difícil e caro de tentar aumentar”, disse Mirmira. “Se você pode fazer com que os dois em uma abordagem de um potem, agora reduziu o trabalho necessário para criar o materials híbrido”.
A mistura de materiais sintéticos de alta tecnologia tem os mesmos problemas que a mistura de aveia-nódulos. Uma mistura coagulada e irregular significa baterias ineficientes, selantes agrupados, eletrônicos menos utilizados.
“Eu fiz o pó, a cerâmica, fiz o polímero, deixe -me misturá -los”, disse Amanchukwu. “O desafio é o que faz uma boa mistura? Você quer uma boa mistura? Não quer? As partículas aglomeram? Eles não?”
Não apenas fazer os materiais juntos em uma panela cria uma mistura física perfeita, mas a equipe também viu alguns materiais se unirem quimicamente.
“Para algumas combinações do precursor inorgânico e do precursor do polímero, vimos evidências de reticulação, significando uma ligação química entre o inorgânico e o polímero”, disse Amanchukwu. “Essa é apenas a química de materiais novos que nos empolgou”.
Vários aplicativos
O artigo concentrou -se em baterias de lítio porque são as mais comuns em VEs, armazenamento de grade e outras aplicações. Mas a técnica também pode trabalhar com baterias de sódio, que estão avançando como uma alternativa menos dispeita e mais abundante ao lítio.
“É realmente uma questão de mudar um dos reagentes no inorgânico também aplicável a uma célula de bateria de sódio”, disse Mirmira.
Escalar o processo de um pote até os níveis necessários para a fabricação industrial exigirá “alguns botões diferentes para sintonizar”, disse Mirmira. O processo precisa ser completamente livre de ar, para iniciantes, processado sob argônio ou outro gás inerte. Isso é mais fácil de manter no laboratório do que em um piso de fábrica.
Segundo, o pote fica quente. Chegar aos níveis industriais exigirá ajustes precisos – a embarcação precisa ficar quente o suficiente para sintetizar o polímero, mas não tão quente que passa pela temperatura de degradação dos materiais.
“Quando você amplia essa reação, você terá mais materials, o navio ficará ainda mais quente, essencialmente”, disse Mirmira. “Então você precisa se preocupar com o controle de temperatura”.
Depois que esses obstáculos forem superados, a pesquisa levará a híbridos perfeitos e homogêneos criados de maneira econômica e quimicamente eficiente.
“Esse tipo de controle de poder ter um materials polimérico inorgânico totalmente integrado foi um desafio que estávamos tentando resolver, e uma coisa bem authorized que conseguimos alcançar”, disse Mirmira.
