Polielectrólitos compuesto de líquidos iónicos y estearato de Zinc para su uso en baterías

Abstract

Una vez que hemos expuesto y discutido todo los resultados obtenidos sobre las baterías sintetizadas que utilizan como cátodo el polímero conductor, Pasamos a la redacción de las conclusiones a las cuales podemos llegar: • En la fase experimental de laboratorio se ha conseguido con éxito la síntesis de las membranas que utilizaban como sal iónica Estearato de Zinc (ZnSt2), liquido iónico (IL‐09, IL‐10, IL‐11) y un copolímero poli (fluoro‐vinilideno)‐cohexafluoro‐ propileno (PVdF‐HFP) obteniendo membranas con una resistencia mecánica y una conductividad iónica aceptable. • Los espectros de infrarrojo se realizaron a diferentes rangos de frecuencia para observar con mejor exactitud las bandas correspondientes a cada muestra. En el espectro de la película de PVdF‐HFP se observan claramente picos que corresponden a la formación de una fase‐α. Algunos de estos picos experimentan una disminución de intensidad o desaparecen cuando la película está constituida por PVdF‐HFP con líquido iónico y ZnSt2, lo que confirma que se produce un cambio de estructura del PVdF‐HFP. Por lo que podemos deducir que hay una transición de fase‐α a una fase‐β, aunque no se puede descartar que siga existiendo partes de polímero con fase‐α. • El análisis térmico mediante TGA, se ha podido observar que en todas las membranas estudiadas son muy estables hasta los ~400ºC y a partir de ahí se produce una brusca pérdida de peso hasta los 450ºC, debido a la descomposición del polímero. A demás, nos revela que la perdida en peso es menor del 1% a temperaturas menores de 250ºC, para todas las membranas estudiadas. Este hecho nos indica que las membranas no contienen un solvente que sea evaporado y que es mínima la cantidad de agua que se deposita sobre la misma, si es que ha deposito algo. Con esto se confirma que las películas son suficientemente estables en un amplio rango de temperaturas, por lo que son buenas candidatas a ser usadas en baterías de Zinc con electrolito solido. • En la calorimetría diferencial de barrido (DSC), se aprecia que para las membranas de PVdF‐HFP, PVdF‐HFP+IL‐10, PVdF‐HFP+IL‐10+ZnSt2, PVdFHFP+ IL‐11 y PVdF‐HFP+IL‐11+ZnSt2, no hay ningún cambio estructural en un amplio rango de temperaturas, entre ‐40 ºC y 110 ºC, lo que nos permite decir que las películas son buenas candidatas para ser usadas en baterías de Zinc. En el caso de las membranas PVdF‐HFP+IL‐09 y PVdF‐HFP+IL‐09+ZnSt2 se observó un gran proceso endotérmico hacia los 10‐40 ºC lo cual pone en dudad la utilidad de esta membrana como separador en una batería. • Todos los espectros de impedancias de las células simétricas Zn | GPE | Zn se ajustan bastante bien a un circuito equivalente consistente en tres elementos R|Q paralelo conectados en serie. De los espectros se han obtenido valores de conductividad iónica de alrededor de 4.786∙10‐3 S∙cm‐1 en el mejor de los casos, se puede apreciar que las membranas con líquidos iónicos IL‐09, IL‐10, ya sean con o sin sal iónica de ZnSt2, presentan conductividades similares en todo el rango de temperatura, del orden de 3∙10‐3 S∙cm‐1 para T=20 ºC, incluso las membranas que presentan dicha sal se observan conductividades menores. Lo que las hace más interesantes para su utilidad como polielectrólito de baterías debido a que en las membranas sintetizadas con el IL‐11 tienen conductividades muchísimo menores, del orden de 7∙10‐5 S∙cm‐1 para T=20 ºC ya sea con o sin sal iónica de ZnSt2. • El estudio de estabilidad electroquímica y reversibilidad mediante voltametría cíclica demuestra que las membranas son eléctricamente estables y cuasi reversibles en el rango de + 2 a – 2 voltios, y que el barrido anódico se está produciendo la reacción de oxidación del Zn a Zn++, mientras que en el barrido catódico iones a Zn++ se reducen y depositan sobre el electrodo de trabajo. • Por último, mediante la obtención del espectro EDX del electrodo de Pt de una celda Zn | GPE | Pt, se confirma la presencia de Zn depositado sobre los electrodos tras una polarización, lo que demuestra que el intercambio iónico que se produce en las membranas es debido a los cationes Zn2+ .Micrografías de la membrana en la zona de contacto con el electrodo bloqueante de Pt muestran los depósitos de Zn2+ reducido que se han ido formando durante la polarización.