Polymerisatie van nitroxide-kathode is sleutel voor succes

Japanse onderzoekers zijn er voor het eerst in geslaagd om een polymeer met nitroxideradicalen onder invloed van UV-licht te crosslinken zonder dat de radicaalfunctionaliteit wordt aangetast. Met dit polymeer als 20 nm dikke kathode kunnen ze een papierachtige, flexibele, oplaadbare batterij maken, zo melden ze in Chemical Communications.

Het polymeer is opgebouwd uit 2,3-bis(2’,2’,6’,6’-tetramethylpiperidinyl-N-oxyl-4’-oxycarbonyl)-5-norborneen. Het norborneen vormt de eigenlijke keten. Het gedeelte tussen haakjes beschrijft een zogeheten TEMPO-zijgroep met radicaalfunctionaliteit. Deze groepen dienen als ladingsdragers.

Het idee is om het polymeer eerst tot een film te verwerken via een zogeheten spincoatingproces. Daarna laat je het via crosslinking uitharden, zodat het niet meer oplosbaar is in de vloeibare elektrolyt die nodig is om de batterij te completeren.

Het probleem daarbij is dat de crosslinker ook een radicaal is, en dus de neiging heeft om met de radicalen in het polymeer te reageren. De Japanners hebben dit nu weten te voorkomen door een bis(azide) te gebruiken als crosslinker. Als die met TEMPO zou reageren, zou een N-O-N keten ontstaan die thermodynamisch niet aantrekkelijk is. En inderdaad blijkt hij in de praktijk vrijwel alleen met de norborneenketen te reageren.

De eerste prototypes van de batterij zijn oplaadbaar binnen een minuut, en gaan soms al meer dan 1000 cycli mee.

bron: Royal Society of Chemistry