Texas A&M University-professorn Dr. Jodie L. Lutkenhaus är ett steg närmare att förverkliga sitt mål att skapa ett batteri helt tillverkat av polymerer, som har potential att ladda och ladda ur mycket snabbare än traditionella batterier. Lutkenhaus, en docent vid Artie McFerrin Department of Chemical Engineering, har beskrivit sina senaste rön om dessa polymerer i en artikel i Naturmaterial .

Ett stort hinder för att skapa en metallfri, Ett 100-procentigt polymerbatteri hittar en polymer som är elektrokemiskt aktiv - vilket betyder att den måste kunna lagra och utbyta elektroner. Lutkenhaus, tillsammans med ett team av forskare inklusive doktorand Shaoyang Wang, tror att de organiska radikala polymererna kommer att göra susen. På grund av deras kemiska struktur, Organiska radikalpolymerer är mycket stabila och reaktiva. De har en enda elektron på den radikala gruppen, och denna oparade elektron tillåter snabb laddningsöverföring i dessa polymerer under redoxreaktioner.

Enligt Lutkenhaus, huvudattraktionen för denna klass av polymer ligger i reaktionshastigheten. "Dessa polymerer är mycket lovande för batterier eftersom de kan laddas och laddas ur mycket snabbare än något vanligt batteri i en telefon eller liknande enhet. Denna snabba laddning kan dramatiskt förändra hur elfordon används idag."

De redoxaktiva egenskaperna hos organiska radikalpolymerer har varit kända sedan en tid tillbaka. Dock, före denna forskning hade den exakta mekanismen genom vilken elektroner och joner transporteras genom polymeren inte beskrivits. Till viss del, omfattningen och hastigheten med vilken dessa reaktioner sker gör det svårt att fånga tillförlitliga data. Dock, Lutkenhaus och hennes team kunde fånga otroligt detaljerade mätningar med hjälp av en specialiserad enhet, en elektrokemisk mikrovåg av kvartskristall med spridningsövervakning (EQCM-D).

Användningen av en EQCM-D är faktiskt ganska enkel, men den fungerar i oerhört liten skala. Lutkenhaus förklarade experimentupplägget:"När vi laddar och laddar ut polymeren väger vi den faktiskt, så vi vet exakt hur mycket den väger även ner till nanogramnoggrannhet. Enheten är så känslig att vi kan mäta joner som går in och ut ur den organiska radikalpolymeren."

Resultaten av EQCM-D-analysen ledde till något oväntade resultat. Före denna forskning var konsensus att endast anjoner transporterades i denna process. Dock, resultaten visar att litiumjoner också transporteras. Ytterligare, jonernas beteende och transport verkar vara mer beroende av elektrolyten än själva polymeren.

Med denna djupare förståelse av de underliggande processerna, Lutkenhaus planerar att ta en närmare titt på elektrolytpolymerinteraktionerna.