Desarrollan electrolito polimérico que cuadruplica la eficiencia en generación de energía

Un equipo de investigación del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) presentó una estrategia de diseño para controlar de manera precisa la polaridad, una propiedad clave de los materiales de recolección energética triboeléctrica. Este avance radica en la modulación estructural de la dirección de polaridad mediante electrolitos poliméricos, lo que permite una mayor durabilidad a largo plazo.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Advanced Materials. El equipo, dirigido por el profesor Ju-Hyuck Lee del Departamento de Ciencia y Ingeniería de la Energía de DGIST, colaboró con el equipo del profesor Wonho Lee del Kumoh National Institute of Technology.

Esta tecnología de recolección energética triboeléctrica genera electricidad a través de la fricción, captando la atención por su capacidad de producir energía sin necesidad de baterías. Sin embargo, los materiales convencionales basados en líquidos iónicos han enfrentado desafíos para su comercialización debido a problemas como las fugas, la inestabilidad ambiental y la durabilidad limitada.

Para enfrentar estas limitaciones, el equipo de investigación diseñó un electrolito polimérico en el que los iones están anclados a cadenas poliméricas, y propuso un nuevo concepto de plataforma que permite un control preciso de la polaridad triboeléctrica en la dirección deseada. Este enfoque no solo mejora el rendimiento de salida, sino que también proporciona mayor flexibilidad en el diseño de materiales.

El equipo sintetizó una serie de electrolitos poliméricos con características catiónicas o aniónicas y analizó comparativamente su rendimiento. Los resultados indicaron que el polimérico catiónico P(MA-A⁺₂₀)TFSI? exhibió un voltaje de salida de 83V, aproximadamente el doble que el del material convencional (PMA), mientras que el polimérico aniónico P(S-S?₁₀)Na? alcanzó 34V, lo que representa cuatro veces más que el material convencional (PS). Estos experimentos demostraron que la polaridad triboeléctrica (positiva/negativa) puede ajustarse según la estructura del polímero, y que el rendimiento de salida puede mejorarse aún más controlando la relación de composición iónica.

Además, la estructura de iones anclados dentro de las cadenas poliméricas minimizó la pérdida de carga causada por la migración iónica innecesaria y garantizó una excelente estabilidad térmica, manteniendo una salida estable durante más de una semana, incluso a 60°C. En contraste, la mezcla convencional de polímero-líquido iónico (PMMA+10IL) exhibió aproximadamente un 27% de degradación en la salida en las mismas condiciones. Este resultado demuestra claramente la superioridad del material basado en electrolitos poliméricos.

El profesor Ju-Hyuck Lee de DGIST afirmó: "Este estudio va más allá de simplemente mejorar el rendimiento y es significativo ya que presenta un nuevo concepto para controlar la polaridad triboeléctrica a través del diseño de la estructura del polímero. Esperamos que este enfoque proporcione una nueva dirección para el desarrollo de dispositivos de recolección de energía de próxima generación."