Dr. Jodie L. Lutkenhaus, professor aan de Texas A&M University, is een stap dichter bij het realiseren van haar doel om een ​​batterij te maken die volledig uit polymeren bestaat. die het potentieel heeft om veel sneller op te laden en te ontladen dan traditionele batterijen. Lutkenhaus, een universitair hoofddocent bij de Artie McFerrin afdeling Chemical Engineering, heeft haar meest recente bevindingen over deze polymeren gedetailleerd beschreven in een paper in Natuurmaterialen .

Een grote hindernis voor het creëren van een metaalvrije, 100 procent polymeerbatterij vindt een polymeer dat elektrochemisch actief is, wat betekent dat het elektronen moet kunnen opslaan en uitwisselen. Lutkenhaus, samen met een team van onderzoekers, waaronder promovendus Shaoyang Wang, denk dat de organische radicaalpolymeren het lukken. Door hun chemische structuur, organische radicaalpolymeren zijn zeer stabiel en reactief. Ze hebben een enkel elektron op de radicale groep, en dit ongepaarde elektron maakt snelle ladingsoverdracht in deze polymeren mogelijk tijdens redoxreacties.

Volgens Lutkenhaus de belangrijkste aantrekkingskracht van deze klasse polymeer ligt in de snelheid van de reactie. "Deze polymeren zijn veelbelovend voor batterijen omdat ze veel sneller kunnen opladen en ontladen dan elke gewone batterij in een telefoon of soortgelijk apparaat. Dit snelle opladen zou de manier waarop elektrische voertuigen tegenwoordig worden gebruikt drastisch kunnen veranderen."

De redox-actieve eigenschappen van organische radicaalpolymeren zijn al langer bekend. Echter, voorafgaand aan dit onderzoek was het exacte mechanisme waarmee elektronen en ionen door het polymeer worden getransporteerd niet beschreven. Gedeeltelijk, de schaal en snelheid waarmee deze reacties plaatsvinden, maken het moeilijk om betrouwbare gegevens vast te leggen. Echter, Lutkenhaus en haar team waren in staat om ongelooflijk gedetailleerde metingen vast te leggen met behulp van een gespecialiseerd apparaat, een elektrochemische kwartskristalmicrobalans met dissipatiebewaking (EQCM-D).

Het gebruik van een EQCM-D is eigenlijk vrij eenvoudig, maar het werkt op enorm kleine schaal. Lutkenhaus legde de experimentele opstelling uit:"Terwijl we het polymeer opladen en ontladen, wegen we het eigenlijk, dus we weten precies hoeveel het weegt, zelfs tot op nanogram nauwkeurig. Het apparaat is zo gevoelig dat we ionen kunnen meten die in en uit het organische radicaalpolymeer gaan."

De resultaten van de EQCM-D-analyse leidden tot enigszins onverwachte resultaten. Voorafgaand aan dit onderzoek was de consensus dat in dit proces alleen anionen werden getransporteerd. Echter, de resultaten laten zien dat ook lithiumionen worden getransporteerd. Verder, het gedrag en het transport van de ionen lijkt meer afhankelijk te zijn van de elektrolyt dan van het polymeer zelf.

Met dit diepere begrip van de onderliggende processen, Lutkenhaus is van plan om de interacties tussen elektrolyt-polymeer nader te bekijken.