Jodie L. Lutkenhaus, professeure à l'Université Texas A&M, fait un pas de plus vers la réalisation de son objectif de créer une batterie entièrement composée de polymères, qui a le potentiel de se charger et de se décharger beaucoup plus rapidement que les batteries traditionnelles. Lutkenhaus, professeur agrégé au département de génie chimique Artie McFerrin, a détaillé ses découvertes les plus récentes sur ces polymères dans un article de Matériaux naturels .

Un obstacle majeur à la création d'un Une batterie 100% polymère trouve un polymère électrochimiquement actif, ce qui signifie qu'il doit être capable de stocker et d'échanger des électrons. Lutkenhaus, avec une équipe de chercheurs dont le doctorant Shaoyang Wang, pense que les polymères organiques radicaux feront l'affaire. En raison de leur structure chimique, les polymères à radicaux organiques sont très stables et réactifs. Ils ont un seul électron sur le groupe radical, et cet électron non apparié permet un transfert de charge rapide dans ces polymères lors des réactions redox.

Selon Lutkenhaus, le principal attrait de cette classe de polymère réside dans la vitesse de la réaction. "Ces polymères sont très prometteurs pour les batteries car ils peuvent se charger et se décharger bien plus rapidement que n'importe quelle batterie courante dans un téléphone ou un appareil similaire. Cette charge rapide pourrait changer radicalement la façon dont les véhicules électriques sont utilisés aujourd'hui."

Les propriétés redox-actives des polymères à radicaux organiques sont connues depuis un certain temps. Cependant, avant cette recherche, le mécanisme exact par lequel les électrons et les ions sont transportés à travers le polymère n'avait pas été décrit. En partie, l'échelle et la vitesse à laquelle ces réactions ont lieu rendent difficile la saisie de données fiables. Cependant, Lutkenhaus et son équipe ont pu capturer des mesures incroyablement détaillées à l'aide d'un appareil spécialisé, une microbalance électrochimique à cristal de quartz avec contrôle de la dissipation (EQCM-D).

L'utilisation d'un EQCM-D est en fait assez simple, mais il opère à des échelles extrêmement petites. Lutkenhaus a expliqué la configuration expérimentale :« Alors que nous chargeons et déchargeons le polymère, nous le pesons en fait, nous savons donc exactement combien il pèse, même avec une précision de l'ordre du nanogramme. L'appareil est si sensible que nous pouvons mesurer les ions entrant et sortant du polymère radicalaire organique."

Les résultats de l'analyse EQCM-D ont conduit à des résultats quelque peu inattendus. Avant cette recherche, le consensus était que seuls les anions étaient transportés dans ce processus. Cependant, les résultats montrent que les ions lithium sont également transportés. Plus loin, le comportement et le transport des ions semblent être plus dépendants de l'électrolyte que du polymère lui-même.

Avec cette compréhension plus approfondie des processus sous-jacents, Lutkenhaus prévoit d'examiner de plus près les interactions électrolytes polymères.