Electrolitos líquidos iónicos derivados de la biomasa sin fluor: dinámica iónica y propiedades electroquímicas

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química ecológica

Sus antecedentes:

• Los líquidos iónicos (IL) son electrolitos versátiles con propiedades sintonizables.
• Los compuestos derivados de la biomasa ofrecen alternativas sostenibles para la síntesis de IL.
• Los supercondensadores requieren electrolitos con alta conductividad, estabilidad y densidad de energía.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y caracterizar nuevos líquidos iónicos derivados de la biomasa.
• Investigar las relaciones estructura-propiedad de estas IL basadas en la variación catiónica.
• Evaluar el rendimiento electroquímico de las IL en aplicaciones de supercondensadores.

Principales métodos:

• Síntesis de diez líquidos iónicos utilizando aniones derivados de la biomasa (furan-2-carboxilato [FuA] y tetrahidrofuran-2-carboxilato [HFuA]) y varios cationes heterocíclicos de nitrógeno.
• Caracterización física, incluida la descomposición térmica y las temperaturas de transición al vidrio.
• Evaluación electroquímica de las IL en supercondensadores, midiendo la capacidad específica, la densidad de energía y la densidad de potencia.

Principales resultados:

• Los líquidos iónicos exhibieron una amplia gama de temperaturas de descomposición térmica (183 259 °C) y temperaturas de transición de vidrio (-47 a -70 °C).
• La conductividad iónica varió de 0,002 a 1,4 mS cm−1 a 20 °C, influenciada por la estructura catiónica.
• Los supercondensadores basados en [EPy][FuA] y [EMPip][FuA] mostraron capacidades específicas de 99 F g-1 y 70 F g-1, respectivamente.
• El supercondensador [EPy][FuA] logró una densidad de energía de 56 Wh kg-1 y una densidad de potencia de 410 W kg-1.
• Los supercondensadores demostraron una excelente estabilidad de ciclo, conservando un 98% ([EPy][FuA]) y un 94% ([EMPip][FuA]) de capacidad después de 6000 ciclos.

Conclusiones:

• La estructura catiónica influye significativamente en las propiedades de los líquidos iónicos derivados de la biomasa.
• Estos nuevos IL son adecuados para electrolitos supercondensadores de alto rendimiento, que ofrecen buenas densidades de energía y potencia.
• El uso de componentes derivados de la biomasa pone de relieve una vía sostenible para los materiales avanzados de almacenamiento de energía.