Na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej w zespole prof. Ewy Andrzejewskiej i dr inż. Izabeli Stępniak prowadzone są prace nad stałymi elektrolitami polimerowymi, które nie wyciekają z urządzeń, mają postać elastycznych i wytrzymałych folii oraz można je otrzymać w krótkim czasie, w dowolnym kształcie i wymiarach. Cechują się one wysokim przewodnictwem jonowym w temperaturze pokojowej (ok. 1 – 50 mS/cm) i szerokim zakresem napięcia rozkładowego. Takie folie można zastosować jako elektrolit w różnego typu urządzeniach prądowych, np. kondensatorach, bateriach, ogniwach słonecznych i innych, o płaskiej geometrii i małej masie.
“Wiele ośrodków i placówek naukowych pracuje nad tego typu elektrolitami polimerowymi. Z tego, co wiemy, w Polsce nie były otrzymywane stosowaną u nas metodą; na świecie już tak (jedynie w badaniach), ale charakteryzują się niższym przewodnictwem w temperaturze pokojowej” – mówi PAP dr hab. inż. Ewa Andrzejewska, prof. nadzw. z Zakładu Polimerów, Instytutu Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechniki Poznańskiej.
Jak dodaje profesor, stałe elektrolity polimerowe uważane są za obiecujące i w przyszłości możliwe do zastosowania w wielu urządzeniach ze względu na swoje unikalne właściwości – wysokie przewodnictwo jonowe, dobry kontakt na granicy faz elektroda/elektrolit oraz elastyczność.
Tego typu elektrolity są obecnie używane jako membrany w chemicznych źródłach prądu (baterie, ogniwa litowe czy fotogalwaniczne, kondensatory elektrochemiczne itp.). Zastosowanie elektrolitu polimerowego pozwala na zaprojektowanie odpowiednich kształtów i wymiarów ogniw do telefonów komórkowych, laptopów, kamer lub sprzętu o bardzo małych rozmiarach, a przy tym można być pewnym, że elektrolit nie wycieknie.
“Stałe elektrolity polimerowe to układy składające się z matrycy polimerowej i rozpuszczonego lub zawieszonego w niej elektrolitu (czynnika przewodzącego prąd; najczęściej są to sole metali)” – tłumaczy prof. Andrzejewska.
Naukowcy z Wydziału Technologii Inżynierii Chemicznej Politechniki Poznańskiej (grupa prof. Andrzejewskiej i dr inż. I. Stępniak) w pracy nad stałymi elektrolitami korzystają z jeszcze jednego nowego technologicznie rozwiązania – cieczy jonowych, które stosują jako elektrolity.
Z punktu widzenia elektrochemika, ciecze te, zbudowane z wolnych jonów, mają wiele interesujących właściwości: niskie temperatury topnienia, szeroki zakres napięcia rozkładowego, stosunkowo wysokie przewodnictwo jonowe.
Poznańskie stałe elektrolity na bazie cieczy jonowych mają jeszcze jedną wyjątkową cechę: można je otrzymać w ciągu zaledwie kilku minut. “Klasyczne metody wymagają od kilkunastu do kilkudziesięciu godzin” – podkreśla prof. Andrzejewska.
Tajemnicą tak szybkiego ich otrzymywania jest metoda polimeryzacji przebiegającej pod wpływem naświetlania promieniowaniem z zakresu UV lub widzialnego, czyli fotopolimeryzacja.
Prof. Andrzejewska przypomina, że w trakcie składania wniosku patentowego w roku 2006, w literaturze były doniesienia o próbach konstruowania kondensatorów czy ogniw z zastosowaniem stałego elektrolitu polimerowego, wytworzonego jednak metodą klasyczną.
“W momencie, gdy został zgłoszony nasz patent, na świecie istniało jedynie kilka prac na temat otrzymywania stałych elektrolitów polimerowych metodą polimeryzacji inicjowanej światłem UV” – zauważa naukowiec. “Stosowana przez nas metoda fotopolimeryzacji skraca czas wytwarzania folii do rzędu kilku minut, a nawet sekund. Tego rodzaju folie przewodzące możemy wytworzyć praktycznie na każdym podłożu i o różnych kształtach i wymiarach” – podkreśla.
Stałe elektrolity polimerowe wykorzystywane w istniejących na rynku źródłach prądu mają niskie przewodnictwo jonowe. Folie z Politechniki w Poznaniu przewodzą w zakresie ok. 1 – 50 mS/cm.
Folie przewodzące, uzyskane w Zakładzie Polimerów mają przeważnie grubość 0,019 – 0,035 cm, ale – jak mówi profesor – grubość tych folii może wynosić od kilku mikrometrów do kilku milimetrów, a ich powierzchnia może być zarówno bardzo mała, jak i bardzo duża.
Zastosowanie takich folii w tzw. superkondensatorze (kondensatorze elektrochemicznym o krótkim czasie ładowania i rozładowania, gdzie ładunek gromadzony jest na granicy faz elektroda/elektrolit dzięki tworzeniu się podwójnej warstwy elektrycznej) sprawia, że urządzenie to może również przybierać różne kształty i wymiary, elektrolit nie wycieknie, a cały układ będzie stabilny.
