Selon une étude menée par des chimistes et des scientifiques des matériaux de Scripps Investigate et du Lawrence Berkeley Nationwide Laboratory ( LBNL).
Dans l’étude, publiée le 18 janvier dans Joule, les scientifiques ont découvert que les nouveaux polysulfates peuvent être utilisés pour fabriquer des condensateurs à movie polymère qui stockent et déchargent une haute densité d’énergie électrique tout en tolérant la chaleur et les champs électriques au-delà des limites des condensateurs à film polymère existants.
“Nos résultats suggèrent que les condensateurs de stockage d’énergie et d’autres dispositifs basés sur ces nouveaux polysulfates pourraient voir une large application, y compris dans les systèmes d’alimentation des véhicules électriques”, déclare le co-auteur principal de l’étude, Peng Wu, PhD, professeur au Département de médecine moléculaire de Recherche Scripps.
Les autres co-auteurs principaux étaient K. Barry Sharpless, PhD, WM Keck Professor of Chemistry at Scripps Analysis, et Yi Liu, PhD, Facility Director for Organic and natural and Macromolecular Synthesis at LBNL’s Molecular Foundry, une installation multidisciplinaire pour la recherche scientifique et technique de nouveaux matériaux.
Les laboratoires Sharpless et Wu ont récemment synthétisé de nombreux polysulfates auparavant inaccessibles en utilisant la réaction d’échange de fluorure de soufre (SuFEx), qui a été découverte dans le laboratoire Sharpless. SuFEx fait partie d’un ensemble croissant de méthodes de building de molécules connues sous le nom de chimie de clic pour leur haute efficacité et leurs exigences de réaction faciles. Sharpless a reçu une aspect du prix Nobel de chimie 2022 pour son travail de pionnier sur les méthodes de chimie par clic.
Lors d’enquêtes au laboratoire de Liu à la fonderie moléculaire de LBNL, les chercheurs ont découvert que certains des nouveaux polysulfates avaient des propriétés “diélectriques” supérieures. Les matériaux diélectriques sont des isolants électriques dans lesquels les costs positives et négatives se séparent – en stockant de l’énergie, en fait – lorsque les matériaux sont exposés à des champs électriques. Ils sont utilisés dans les condensateurs, les transistors et autres composants omniprésents des circuits électroniques modernes.
De nombreux matériaux diélectriques d’usage contemporain sont des matériaux légers, flexibles et de type plastique appelés polymères. Les nouveaux polysulfates sont également des polymères, mais ont des propriétés grandement améliorées par rapport aux polymères diélectriques commerciaux. L’équipe a découvert que les condensateurs fabriqués à partir de l’un des nouveaux polysulfates, lorsqu’ils étaient améliorés avec un film mince d’oxyde d’aluminium, pouvaient décharger une haute densité d’énergie, tout en résistant aux champs électriques (in addition de 700 thousands and thousands de volts par mètre) et aux températures (150 degrés C ) qui détruirait les condensateurs à movie polymère les plus largement utilisés.
Les chercheurs ont noté que la sensibilité à la chaleur des condensateurs polymères regular nécessite souvent des mesures de refroidissement coûteuses et encombrantes dans les systèmes qui les utilisent, par exemple dans certains modèles de voitures électriques. Ainsi, l’adoption des nouveaux diélectriques en polysulfate pourrait conduire à des systèmes d’alimentation moins chers, as well as simples et plus durables dans les voitures électriques et de nombreuses autres apps, disent-ils.
“J’ai été très surpris au début, et je le suis toujours – je pense que nous le sommes tous. Comment une force classique du domaine de la physique, comme la drive du champ électrique, peut-elle être modulée par un film mince de polymère chimique sur son chemin ? les résultats parlent d’eux-mêmes, et le instant semble venu de partager cette énigme », déclare Sharpless.
Les chercheurs continuent de synthétiser et d’étudier de nouveaux polysulfates pour en trouver qui ont des propriétés encore meilleures.
“Les polymères de polysulfate que nous avons examinés dans cette étude peuvent très bien fonctionner à 150 °C, mais nous pensons que nous pouvons trouver des polysulfates apparentés qui peuvent supporter des températures de 200 à 250 °C avec peu ou pas de perte de fonction”, déclare Liu.
“Diélectriques polysulfates hautes performances pour le stockage d’énergie électrostatique dans des ailments difficiles” a été co-écrit par He Li, Boyce Chang, Antoine Laine, Le Ma, Chongqing Yang, Junpyo Kwon, Steve Shelton, Liana Klivansky, Virginia Altoe, Adam Schwartzberg, Robert Ritchie, Ting Xu, Miquel Salmeron, Ricardo Ruiz et Yi Liu, tous de LBNL Zongliang Xie, Tianlei Xu et Zongren Peng de l’Université Xi’an Jiaotong et par Hunseok Kim, Bing Gao, K. Barry Sharpless et Peng Wu de Scripps Study.
La recherche a été financée en partie par le ministère de l’Énergie (DE-AC02-05CH11231), la Countrywide Science Foundation (CHE-1610987) et les Nationwide Institutes of Health (R35GM1139643).