Um novo tipo de composto de polissulfato que pode formar películas finas e flexíveis tem propriedades que podem torná-lo um material de escolha para muitos componentes elétricos de alto desempenho, de acordo com um estudo de químicos e cientistas de materiais da Scripps Research e do Lawrence Berkeley National Laboratory ( LBNL).
No estudo, publicado em 18 de janeiro na Jouleos cientistas descobriram que os novos polissulfatos podem ser usados para fazer capacitores de filme de polímero que armazenam e descarregam alta densidade de energia elétrica enquanto toleram calor e campos elétricos além dos limites dos capacitores de filme de polímero existentes.
“Nossas descobertas sugerem que capacitores de armazenamento de energia e outros dispositivos baseados nesses novos polissulfatos podem ter ampla aplicação, inclusive em sistemas de energia de veículos elétricos”, diz o co-autor sênior Peng Wu, PhD, professor do Departamento de Medicina Molecular da Pesquisa Scripps.
Os outros co-autores seniores foram K. Barry Sharpless, PhD, WM Keck Professor of Chemistry na Scripps Research, e Yi Liu, PhD, Diretor de Instalação para Síntese Orgânica e Macromolecular na Molecular Foundry do LBNL, uma instalação multidisciplinar para a investigação científica e técnica de novos materiais.
Os laboratórios Sharpless e Wu recentemente sintetizaram muitos polissulfatos anteriormente inacessíveis usando a reação de troca de fluoreto de enxofre (SuFEx), que foi descoberta no laboratório Sharpless. O SuFEx faz parte de um conjunto crescente de métodos de construção de moléculas conhecidos como química de cliques por sua alta eficiência e requisitos de reação fáceis. Sharpless recebeu uma parte do Prêmio Nobel de Química de 2022 por seu trabalho pioneiro em métodos de cliques químicos.
Em investigações no laboratório de Liu na Molecular Foundry do LBNL, os pesquisadores descobriram que alguns dos novos polissulfatos têm propriedades “dielétricas” superiores. Materiais dielétricos são isolantes elétricos nos quais cargas positivas e negativas se separam – armazenando energia, na verdade – quando os materiais são expostos a campos elétricos. Eles são usados em capacitores, transistores e outros componentes onipresentes de circuitos eletrônicos modernos.
Muitos dos materiais dielétricos em uso contemporâneo são leves, flexíveis e semelhantes a plásticos, chamados de polímeros. Os novos polissulfatos também são polímeros, mas têm propriedades muito melhoradas em comparação com os polímeros dielétricos comerciais. A equipe descobriu que capacitores feitos de um dos novos polissulfatos, quando enriquecidos com uma fina película de óxido de alumínio, podiam descarregar uma alta densidade de energia, enquanto suportavam campos elétricos (mais de 700 milhões de volts por metro) e temperaturas (150 graus C ) que destruiria os capacitores de filme de polímero mais usados.
Os pesquisadores observaram que a sensibilidade ao calor dos capacitores de polímero padrão geralmente exige medidas de resfriamento caras e complicadas em sistemas que os utilizam – por exemplo, em alguns modelos de carros elétricos. Assim, a adoção dos novos dielétricos de polissulfato pode levar a sistemas de energia mais baratos, simples e duráveis em carros elétricos e em muitas outras aplicações, dizem eles.
“Fiquei muito surpreso no começo, e ainda estou – acho que todos nós estamos. Como uma força clássica do domínio da física, como a força do campo elétrico, pode ser modulada por uma fina película de polímero químico em seu caminho? O os resultados falam por si, e agora parece um bom momento para compartilhar esse quebra-cabeça”, diz Sharpless.
Os pesquisadores continuam sintetizando e investigando novos polissulfatos para encontrar alguns que tenham propriedades ainda melhores.
“Os polímeros de polissulfato que examinamos neste estudo podem funcionar muito bem a 150 graus C, mas achamos que podemos encontrar polissulfatos relacionados que podem lidar com 200 a 250 graus C com pouca ou nenhuma perda de função”, diz Liu.
“Dielétricos de polissulfato de alto desempenho para armazenamento de energia eletrostática sob condições adversas” foi co-autoria de 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 e Yi Liu, todos da LBNL; Zongliang Xie, Tianlei Xu e Zongren Peng da Universidade de Xi’an Jiaotong; e por Hunseok Kim, Bing Gao, K. Barry Sharpless e Peng Wu da Scripps Research.
A pesquisa foi financiada em parte pelo Departamento de Energia (DE-AC02-05CH11231), pela National Science Foundation (CHE-1610987) e pelo National Institutes of Health (R35GM1139643).
Com informações de Science Daily.
