Acumulación de polietileno acrílico anclado en un marco orgánico covalente como electrolito de estado sólido

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química de los polímeros

Sus antecedentes:

• El diseño de conductores iónicos de estado sólido con vías rápidas sigue siendo un desafío.
• Los polímeros amorfos ofrecen una buena conductividad iónica pero carecen de diseñabilidad y estabilidad.
• Los marcos orgánicos covalentes (COF) presentan una alternativa cristalina y ajustable para el transporte de iones.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un electrolito robusto basado en COF para una eficiente conductividad de iones de litio (Li+) en estado sólido.
• Investigar la relación entre la dinámica del polímero y el transporte de iones dentro de una arquitectura de COF cristalina.
• Demostrar la viabilidad de los electrolitos COF en las baterías de iones de litio en estado sólido.

Principales métodos:

• Un enfoque de autoensamblaje de abajo hacia arriba para integrar el óxido de polietileno (PEO) en estructuras rígidas de COF 2D.
• Difracción de rayos X de polvo dependiente de la temperatura (XRD) y análisis termogravimétrico (TGA) para la evaluación de la integridad estructural.
• Calorimetría de barrido diferencial (DSC) y resonancia magnética nuclear en estado sólido (NMR) para analizar la dinámica de la cadena PEO.

Principales resultados:

• La estructura de COF se mantuvo intacta por encima de 300 °C, demostrando una alta estabilidad térmica.
• Las cadenas de PEO acumuladas dentro del COF exhibieron un comportamiento dinámico vítreo, facilitando la solución y el transporte de Li+.
• Se obtiene una conductividad de Li+ en estado sólido de 1,33 × 10−3 S cm−1 a 200 °C después del dopaje con LiTFSI.
• Demostró la primera aplicación de un electrolito COF en una batería de iones de litio en estado sólido que funciona a 100 °C.

Conclusiones:

• El COF desarrollado sirve como un medio estable y diseñable para la conducción rápida de Li+ en estado sólido.
• La arquitectura cristalina de COF alberga efectivamente cadenas dinámicas de PEO, lo que permite un transporte eficiente de iones.
• Este trabajo pone de relieve el potencial de los COF como electrolitos avanzados para baterías de alto rendimiento en estado sólido.