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Batteries and Fuel Cells03:12

Batteries and Fuel Cells

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A battery is a galvanic cell that is used as a source of electrical power for specific applications. Modern batteries exist in a multitude of forms to accommodate various applications, from tiny button batteries such as those that power wristwatches to the very large batteries used to supply backup energy to municipal power grids. Some batteries are designed for single-use applications and cannot be recharged (primary cells), while others are based on conveniently reversible cell reactions that...
27.9K
Bicarbonate-Carbonic Acid Buffer01:22

Bicarbonate-Carbonic Acid Buffer

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The carbonic acid-bicarbonate buffer system is critical for maintaining the body's pH balance. It operates on the equilibrium:
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Buffers: Buffer Capacity01:09

Buffers: Buffer Capacity

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Buffer capacity is the quantitative measure of a buffer to resist the change in pH. As shown in the following equation, the buffer capacity, denoted by 'beta', is expressed as the number of moles of acid or base needed to change the pH of a one-liter buffer solution by 1 unit. Here, Ca and Cb indicate the number of moles of acid and base, respectively. Note that dpH represents the change in pH.
In the graph, pH is plotted as a function of the number of moles of base (Cb) added to a weak...
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Buffers: Overview01:30

Buffers: Overview

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Buffers play a crucial role in stabilizing the pH of a solution by mitigating the effects of small amounts of added acid or base. They consist of a weak acid and its conjugate base or a weak base and its conjugate acid. A solution of acetic acid and sodium acetate is an example of a buffer that consists of a weak acid and its salt: CH3COOH (aq) + CH3COONa (aq). An example of a buffer that consists of a weak base and its salt is a solution of ammonia and ammonium chloride: NH3 (aq) + NH4Cl (aq).
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Georgina L Gregory1, Hui Gao2, Boyang Liu2

  • 1Chemistry Research Laboratory, University of Oxford, 12 Mansfield Road, Oxford OX1 3TA, U.K.

Journal of the American Chemical Society
|September 19, 2022
PubMed
Resumen

Los nuevos polímeros de bloque mejoran las baterías de estado sólido al combinar la conductividad iónica y la estabilidad mecánica, mejorando la longevidad y el rendimiento de la batería en los dispositivos de almacenamiento de energía de próxima generación.

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Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

  • Las baterías de estado sólido enfrentan desafíos en la longevidad debido a los cambios de volumen en los cátodos compuestos durante el ciclo.
  • El mantenimiento del contacto interfacial en baterías de estado sólido a menudo requiere presiones altas poco prácticas.
  • Las tecnologías de baterías existentes requieren mejoras para el almacenamiento de energía de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

  • Diseñar y sintetizar nuevos polímeros de bloque para baterías avanzadas de estado sólido.
  • Para superar las limitaciones en la longevidad de la batería causadas por cambios de volumen y mantener el contacto interfacial.
  • Mejorar las propiedades electroquímicas, mecánicas y químicas para el almacenamiento de energía de próxima generación.

Principales métodos:

  • Los copolímeros de ABA triblock se sintetizaron utilizando óxido de polietileno (PEO) y un policarbonato derivado del CO2.
  • El PEO hidroxilo telecélico se utilizó como macroiniciador para la copolimización de apertura de anillos con un catalizador Mg (II) Co (II).
  • Se incorporaron funcionalidades de ácido fosfónico para mejorar la adhesión y se caracterizaron las propiedades.

Principales resultados:

  • Se han identificado tres materiales poliméricos de plomo con conductividad iónica (10^-4 S cm^-1), transporte de iones de litio (tLi+ 0,3-0,62) y estabilidad oxidativa (>4 V frente a Li+/Li).
  • Se han obtenido propiedades elastoméricas o plastoméricas (G' 0,1-67 MPa) adecuadas para aplicaciones de baterías.
  • Los cátodos compuestos con polímeros de bloque optimizados demostraron una retención de capacidad superior en comparación con los controles.

Conclusiones:

  • Los copolímeros de bloque ABA ofrecen una solución prometedora para mejorar el rendimiento y la longevidad de las baterías de estado sólido.
  • Los polímeros diseñados responden eficazmente a los desafíos relacionados con los cambios de volumen y el contacto interfacial.
  • Estos materiales representan un avance significativo para los dispositivos de almacenamiento de energía de próxima generación de alto rendimiento.