Polímeros eléctricamente conductores

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Fig. 1. Ejemplos de polímeros conductores con gap pequeño.

- Aplicaciones de los polímeros conductores

El descubrimiento de polímeros eléctricamente conductores ha atraído mucha atención principalmente debido a su gran potencial para diversas aplicaciones. Aquí se mencionan las más comerciales:

- Baterias ligeras y recargables

Esta es una de las aplicaciones más publicitadas y prometedoras. En los polímeros, donde son factibles tanto los procedimientos de dopaje-p como de dopaje-n, existe la posibilidad de su uso como electrodos tanto positivos como negativos en el mismo sistema de baterías. Algunas células prototipo son comparables o mejores que las celdas de níquel-cadmio ahora disponibles en el mercado. La batería polimérica, tal como la célula polipirrol-litio, opera por oxidación y reducción de la cadena principal del polímero. Durante la carga el polímero oxida los aniones en el electrolito que entran en el polímero poroso para equilibrar la carga creada. Simultáneamente, los iones de litio en el electrolito son electrodepositados en la superficie del litio. Durante la descarga, los electrones se eliminan del litio, haciendo que los iones de litio vuelvan a entrar en el electrolito. Los huecos sobre el polímero se reducen, liberando los aniones que equilibran la carga de vuelta al electrolito. Este proceso puede repetirse tan frecuentemente como en una célula secundaria típica4. El principio mencionado anteriormente también se ha utilizado para fabricar baterías de PA con la siguiente configuración en su estado completamente descargado:

(CH)x/ LiClO4– PC/(CH)x

La batería de PA tiene densidades de energía y potencia más altas en comparación con las baterías ordinarias. Las baterías de electrodo de polímero tienen una vida útil más larga que las convencionales. Otra ventaja de las baterías de electrodo de polímero es la ausencia de materiales tóxicos en ellas y por lo tanto los problemas de eliminación se minimizan. Estas baterías podrían ser un avance potencial en la fabricación de un coche eléctrico. La Bridgestone Corporation de Japón ha desarrollado baterías recargables de litio de polímero de tipo monedas con un polímero conductor de polianilina y la aleación de aluminio de litio de mayor capacidad como los dos electrodos. Una de las características únicas de esta batería recargable de polímero de litio es que se puede utilizar como una fuente de energía en combinación con células solares.

- Baterías de estado sólido

La aplicación de polímeros intrínsecamente conductores en baterías de polímero de iones de litio de estado sólido ha generado mucho interés durante los últimos años. Se han estudiado, experimental y teóricamente5, baterías de alta densidad de energía y con configuración de estado sólido completo para electrodos y electrolitos (cristalinos, vítreos y poliméricos) que utilizan polímeros eléctricamente conductores. Una película de PA dopada con yodo se pone en contacto directo con un disco de litio en una batería de estado sólido Li / I2-PA. El contacto entre el litio y el PA dopado con yodo provoca inmediatamente una reacción formando yoduro de litio.

2x Li + CH (I2) yx→ 2x (1–n) Li + CH (I2)y–nx + 2xn LiI

Estos tipos de baterías tienen alta durabilidad y confiabilidad. Utilizando películas delgadas de polímeros conductores, estas baterías de estado sólido pueden proporcionar plasticidad - una característica que sería bienvenida en varias aplicaciones. El estudio del compuesto de polipirrol (PPy) / poliimidas (PI) también ha mostrado sus propiedades prometedoras y su potencial de uso en baterías de polímero de iones de litio y en supercapacitores. Se encontró que la película de PPy era conmutable entre el anión y los estados de intercambio de cationes y PI se eligió como una matriz para compuestos de polímeros conductores porque posee electroactividad y excelentes propiedades mecánicas. Por lo tanto, el compuesto conductor PPy / PI es estudiado para su aplicación como electrolito polimérico sólido para baterías de litio. También se han sintetizado óxidos compuestos de manganato de litio / manganeso y baterías secundarias de iones de litio.

- Blindaje electromagnético

Las capacidades disipativas de los polímeros también los hacen ideales para el blindaje electromagnético. Revestiendo el interior de la carcasa de plástico con una superficie conductora, esta radiación puede ser absorbida. Esto puede lograrse mejor usando plásticos conductores, que tienen buena adhesión y por lo tanto proporcionan una buena cobertura y un buen espesor4. Incorporados en carcasas de computadoras, los polímeros conductores pueden bloquear interferencias electromagnéticas en el rango de los mega Hertz.

Conclusiones

En este artículo se ha dado una visión general del campo emergente de polímeros eléctricamente conductores con especial referencia a la naturaleza de los procesos de dopaje. Uno de los desafíos fundamentales en el campo de los polímeros conductores es el diseño de polímeros orgánicos conjugados de bajo intervalo de banda. Este problema ha tomado una gran importancia en vista de los inconvenientes de la pobre procesabilidad e inestabilidad asociadas con los polímeros orgánicos conjugados dopados.

Por último, se han discutido algunas de las aplicaciones de estos polímeros eléctricamente conductores. Entre ellas destacan las aplicaciones en baterías ligeras y recargables y baterías de estado sólido. Muchas investigaciones serán necesarias antes de que muchas de las aplicaciones se conviertan en una realidad. Una ventaja de las baterías de electrodo de polímero es la ausencia de materiales tóxicos en ellas y por lo tanto los problemas de eliminación se minimizan, lo que contribuye a conservar el medio ambiente.

Tanto la estabilidad como la procesabilidad necesitan ser mejoradas sustancialmente si estos polímeros se van a utilizar en el mercado. Independientemente de las aplicaciones prácticas que eventualmente se desarrollen para polímeros eléctricamente conductores, ciertamente seguirán desafiando a los investigadores en los próximos años con fenómenos nuevos e inesperados.

- Referencias

- Chiang C K, Drug M A, Gan S C, Heeger A J, Lewis E J, Mac Diarmid A G, Park Y W & Shirakawa H, Synthesis of highly