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Plásticos conductores de electricidad para baterías IoT

Científicos de la Universidad de Nagoya están desentrañando las propiedades de los plásticos conductores de electricidad para que puedan usarse en futuros dispositivos de recolección de energía que serían usados para cargar dispositivos de Internet de las Cosas.

Desenroscar cadenas de átomos dentro de un polímero plástico mejora su capacidad de conducir electricidad, según un informe de investigadores, dirigido por el físico aplicado de la Universidad de Nagoya, Hisaaki Tanaka, en la revista Science Advances .

La información podría ayudar a acelerar el desarrollo de fuentes de energía portátiles para una gran cantidad de dispositivos de Internet de las cosas.

Se espera que las sociedades ‘inteligentes’ del futuro contengan una gran cantidad de dispositivos electrónicos que están interconectados a través de Internet: el llamado Internet de las cosas. Los científicos han estado buscando formas de usar el calor corporal para cargar algunos tipos de microdispositivos y sensores. Pero esto requiere generadores termoeléctricos ligeros, no tóxicos, portátiles y flexibles.

Plásticos que conducen la electricidad

Los plásticos que pueden conducir electricidad, llamados polímeros conductores, podrían llenar esta factura, pero su rendimiento termoeléctrico necesita ser mejorado. Sus películas delgadas tienen estructuras altamente desordenadas, formadas por partes cristalinas y no cristalinas, lo que hace que sea muy difícil comprender sus propiedades y, por lo tanto, encontrar formas de optimizar su rendimiento.

Tanaka trabajó con colegas en Japón para comprender las propiedades termoeléctricas de un polímero a base de tiofeno altamente conductivo, llamado PBTTT. Agregaron o ‘doparon’ el polímero con un gel de electrolito de iones delgado, que se sabe que mejora la conductividad. El gel solo se infiltra en el polímero con éxito cuando se aplica un voltaje eléctrico específico.

Utilizaron una variedad de técnicas de medición para comprender los cambios electrónicos y estructurales del polímero cuando lo doparon. Descubrieron que, sin el gel electrolítico, la cadena PBTTT está muy retorcida. Dopando con una cantidad crítica de electrolito desenrolla la cadena y crea enlaces entre sus partes cristalinas, mejorando la conductividad electrónica.

Los científicos informan que la formación de esta red conductora interconectada es lo que determina el rendimiento termoeléctrico máximo del polímero, que pudieron observar de manera única en este estudio.

Plásticos conductores de electricidad
Izquierda: los científicos descubrieron que su técnica de dopaje se formó
enlaces (rojo) entre las partes cristalinas de PBTTT (rectángulos azules).
Derecha: También descubrieron que PBTTT estaba retorcido en su estado natural
pero se volvió muy plano cuando se dopaba con electrolito.
( Crédito : Grupo Takenobu)

Ahora están buscando formas de optimizar el rendimiento termoeléctrico de los polímeros conductores de película delgada a través del diseño de materiales y cambiando las condiciones de fabricación.

El artículo, Thermoelectric properties of a semicrystalline polymer doped beyond the insulator-to-metal transition by electrolyte gating (Propiedades termoeléctricas de un polímero semicristalino dopado más allá de la transición de aislante a metal por la activación de electrolitos), se publicó en la revista Science Advances el 14 de febrero de 2020 en DOI: 10.1126 / sciadv.aay8065 .

Este trabajo fue financiado por Grant-in-Aid for Scientific Research (JP17H01069 y 19K22127) y Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (JP26102012) de la Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) y por JST CREST (JPMJCR17I5).

Fuente: Nagoya University.