Способ изменения механических и транспортных свойств проводящих полимеров

Прочитано: 74 раз(а)


Проводящие полимеры, синтетические вещества с большими молекулами, которые могут проводить электричество, могут иметь широкий спектр полезных применений. Например, они использовались для создания датчиков, светодиодов, фотоэлектрических элементов и различных других устройств.

В последние годы эти проводящие материалы оказались особенно перспективными для создания устройств преобразования и хранения энергии , в том числе аккумуляторов. Однако методы добавления этих функций не всегда надежны, что существенно ограничивает масштабное внедрение аккумуляторов на основе этих материалов.

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли недавно представили стратегию, которая может помочь надежно разработать иерархически упорядоченные структуры (HOS) с четко определенными формами в проводящих полимерах. Эта стратегия, представленная в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, может открыть новые возможности для создания высокоэффективных аккумуляторных технологий, особенно литий-ионных аккумуляторов.

«В обычном дизайне проводящих полимеров органические функциональные группы вводятся с помощью синтетических подходов «снизу вверх» для улучшения конкретных свойств путем модификации отдельных полимеров», — написали Тяньюй Чжу и его коллеги в своей статье. «К сожалению, добавление функциональных групп приводит к противоречивым эффектам, ограничивая их масштабный синтез и широкое применение. Мы показываем проводящий полимер с простыми первичными строительными блоками, которые можно термически обрабатывать для создания иерархически упорядоченных структур (HOS) с четко определенной нанокристаллической морфологией.»

Вместо изменения первичной структуры проводящих полимеров, как это делалось в предыдущих работах, Чжу и его коллеги исследовали возможность формирования на материалах хорошо организованной трехмерной архитектуры. Эти структуры могут обеспечить желаемые функциональные возможности без необходимости увеличения первичной структурной сложности полимера.

Предлагаемый исследователями подход к формированию этих структур основан на контролируемом термическом процессе. В рамках своего исследования они специально использовали его для улучшения механических и транспортных свойств проводящего полимера, называемого поли(9,9-диоктилфлуорен-со-флуоренонко-метилбензойный эфир) или PFM.

«Наш подход к созданию постоянных HOS в проводящих полимерах приводит к существенному улучшению свойств переноса заряда и механической прочности, которые имеют решающее значение для практических литий-ионных аккумуляторов», — объяснили Чжу и его коллеги в своей статье. «Наконец, мы демонстрируем, что проводящие полимеры с HOS обеспечивают исключительную цикличность полных элементов с высоконагруженными анодами на основе SiO x микронного размера , обеспечивая поверхностную емкость более 3,0 мАч · см −2 в течение 300 циклов и среднюю кулоновскую эффективность> 99,95%».

Первоначальные оценки, проведенные этой группой исследователей, дали очень многообещающие результаты, подчеркнув перспективность их подхода к расширению функциональных возможностей проводящих полимеров. Затем Чжу и его коллеги показали, что эти усовершенствованные полимеры позволяют создавать высокопроизводительные литий-ионные батареи.

Хотя до сих пор исследователи применяли свой метод в основном к полимеру PFM, потенциально его можно было бы использовать для изменения транспортных свойств широкого спектра других проводящих полимеров . Это означает, что он может помочь в разработке многочисленных технологий и устройств, включая биологические датчики, дисплеи и фотогальванику, например, помогая повысить их стабильность, эффективность транспортировки и долговечность.

Способ изменения механических и транспортных свойств проводящих полимеров



Новости партнеров