Controlar la percolación de carga en soluciones de polímeros activos redox metálicos: implicaciones de la dinámica...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los polímeros redox-activos solubles (RAP) son clave para las baterías de flujo redox no acuosas de alta densidad de energía (NaRFB).
• El almacenamiento de carga y las capacidades de transferencia de electrones de los RAP están influenciados por el diseño del grupo colgante.
• Los RAP que contienen metales (M-RAP) ofrecen propiedades redox sintonizables para aplicaciones de baterías.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el comportamiento electroquímico de las M-RAP (M = Ru, Fe, Co) en las NaRFB.
• Comprender el impacto de la concentración de electrolitos y la fuerza iónica en la dinámica de transferencia de carga M-RAP.
• Para correlacionar las propiedades de M-RAP con el rendimiento de NaRFB.

Principales métodos:

• Voltametría cíclica y cronoamperometría mediante el uso de ultramicroelectrodos para evaluar la respuesta de la corriente.
• Experimentos de concentración de electrolitos y variación de la fuerza iónica.
• Modelado cinético de Montecarlo y dinámica browniana para simular la transferencia de carga.
• Fabricación y ensayo de NaRFB basados en M-RAP con nególito poliviológeno.

Principales resultados:

• La respuesta actual se escala como Ru-RAP > Fe-RAP ≫ Co-RAP, alineándose con las tendencias de redox de moléculas pequeñas.
• El comportamiento de corriente no monótono con cambios en la fuerza iónica indica dinámica polielectrolítica.
• La concentración de electrolitos tuvo un impacto significativo en la microestructura del RAP, influyendo en las tendencias experimentales.
• Los NaRFB alcanzaron potenciales promedio de ~ 1.54 V (Ru-RAP), ~ 1.37 V (Fe-RAP) y ~ 0.52 V (Co-RAP).

Conclusiones:

• La concentración de electrolitos y la microestructura del polímero influyen críticamente en la transferencia de carga M-RAP en NaRFB.
• El estudio proporciona un marco para optimizar los RAP en los sistemas de baterías de flujo.
• Los M-RAP demuestran potencial para el almacenamiento de energía de alto rendimiento, con un rendimiento ajustable según la elección del metal y las condiciones del electrolito.