DESARROLLO DE ELECTROLITOS SÓLIDOS POLIMÉRICOS PARA BATERÍAS FLEXIBLES Y ESTRUCTURALES

Abstract

Las baterías estructurales aparecen como una solución prometedora para la integración de sistemas de almacenamiento de energía en estructuras mecánicas, otorgándoles una llamativa versatilidad en aplicaciones aeroespaciales, automotrices y de energías renovables. Para estas aplicaciones, es esencial alcanzar un equilibrio entre las propiedades conductivas y las estructurales. En este contexto, este estudio se centra en el desarrollo y caracterización de electrolitos sólidos poliméricos como elementos fundamentales de estas baterías. Los electrolitos fabricados se componen de una combinación de polímeros, incluyendo polietilenglicol diglicidil éter (PEGDGE) y LY 556 (basado en diglicidil éter de bisfenol A DGEBA), sintetizados mediante procesos de polimerización y endurecidos con el mismo agente, el XB 3473. En el presente trabajo se analiza el efecto de la proporción de PEGDGE y LY, así como la inclusión de nanopartículas como Al2O3, TiO2 y LLZO (Li7La3Zr2O12), en las propiedades térmicas y conductoras de los electrolitos resultantes. Mediante la técnica de calorimetría diferencial de barrido se estudia el efecto de las composiciones en la temperatura de transición vítrea (Tg), ya que se trata de un factor crucial en la estructura y rendimiento del material. Además, se evalúa la conductividad iónica, medida mediante ensayo de impedancias en un amplio rango de temperaturas, comprobando su ajuste a la Ley de Arrhenius para comprender su comportamiento ante variaciones térmicas. Se observa que el PEGDGE actúa como plastificante en el interior de la matriz polimérica, incrementando la flexibilidad del material y permitiendo una mayor movilidad de las cadenas poliméricas. Un aumento en la proporción de PEGDGE disminuye la Tg significativamente (una reducción de hasta 20ºC entre la adición del 60% y el 70% de PEGDGE) y aumenta la conductividad en uno o dos órdenes de magnitud, dependiendo de la temperatura, alcanzando valores de 10-7 S/cm a 30ºC. La incorporación de nanopartículas tiene un impacto significativo en las propiedades del material, influyendo en la dispersión e interacción con la matriz polimérica. La Tg disminuye ligeramente con la adición de nanopartículas, lo que aumenta la movilidad de las cadenas poliméricas, facilitando el movimiento iónico. En cuanto a la conductividad, se obtienen valores notables de hasta 10-8 y 10-7 S/cm. Este estudio aporta nuevas perspectivas para una integración eficiente y sostenible de sistemas de almacenamiento de energía, planteando futuras investigaciones sobre la inclusión de partículas de LLZO en mayor proporción, y la medida del módulo de almacenamiento para evaluar con certeza el comportamiento mecánico de los electrolitos. Avances adicionales podrían impulsar el desarrollo de baterías estructurales con un rendimiento superior, promoviendo así la energía renovable y la movilidad sostenible.