Membranas baseadas em polímeros naturais e lantanídeos

Abstract

Um eletrólito polimérico sólido (solvent-free/solid polymer electrolyte, SPE) consiste numa solução sólida condutora de iões, constituída por um polímero hospedeiro no qual se solubiliza um sal. Nas últimas décadas o interesse nos SPEs tem crescido exponencialmente. O seu sucesso deve-se essencialmente à extensa gama de temperaturas em que podem ser utilizados, à eliminação de problemas de derrame, ao aumento da densidade energética, ao estabelecimento e manutenção de um bom contacto eletródo-eletrólito, a um maior período de armazenamento (shelflife), a uma preparação simples em diferentes formas e às boas propriedades mecânicas e adesivas. Recentemente, a síntese de SPEs baseados em polímeros naturais tem atraído bastante atenção. O interesse nestes materiais resulta da sua biodegradabilidade, baixo custo de produção e boas propriedades físicas e químicas. Neste trabalho é descrita a síntese e caracterização de SPEs baseados em polímeros naturais (agar e DNA) e sais de lantanídeos (triflato de európio e triflato de érbio). A vantagem destes sais são as suas propriedades luminescentes. Os SPEs sintetizados foram caracterizados em relação à sua estrutura e morfologia, condutividade iónica, estabilidade eletroquímica e luminescência. As análises de DSC, XRD e POM mostraram que todas as amostras são amorfas. Os valores de condutividade iónica variam entre 10-8 e 10-3 S.cm-1 a 100ºC e 10-10 e 10-4 S.cm-1 à temperatura ambiente, sendo os SPEs baseados em DNA os mais condutores. Quanto à estabilidade eletroquímica esta foi avaliada por voltametria cíclica. Em média, a janela de estabilidade eletroquímica é cerca de 3,5 V vs Li/Li+. A luminescência dos SPEs foi determinada por espectroscopia de fotoluminescência. À temperatura ambiente apenas os SPEs baseados no sal triflato de európio emitiram. Pelas suas características óticas, mecânicas e eletroquímicas, os SPEs estudados demonstram ter grande potencial para serem aplicados tanto em dispositivos electrocrómicos, como em dispositivos eletroluminescentes, entre outros.

A solvent-free polymer electrolyte (SPE) is a solid solution ionically conductor of a polymer host in which a guest salt is dissolved. Over the last few decades the interest in SPEs has grown exponentially. Their success is due to the extensive temperature range in which they can be used, to the elimination of leakage issues, to the increase of energetic density, to the establishment and maintenance of good electrode-electrolyte contact, to a larger shelf-life, to a simple preparation and to the good mechanical and adhesive properties. Recently, the synthesis of SPEs based on natural polymers has gained a lot of attention. The interest in these materials is due to their biodegradability, low production cost and good physical and chemical properties. In this work is described the synthesis and characterization of SPEs based on natural polymers (agar and DNA) and lanthanides guest salts (europium triflate and erbium triflate). The advantage of these salts is their luminescent properties. The SPEs synthesized were characterized in terms of their structure and morphology, ionic conductivity, electrochemical stability and luminescence. DSC, XRD and POM analysis showed that all the samples are amorphous. The values of ionic conductivity vary between 10-8 and 10-3 S.cm-1 at 100ºC and 10-10 and 10-4 S.cm-1 at room temperature, being the SPEs based on DNA the most conductive. Electrochemical stability was evaluated by cyclic voltammetry. On average, the electrochemical window is about 3,5 V vs Li/Li+. The luminescence of SPEs was determinated by photoluminescence spectroscopy. At room temperature only the SPEs based on guest salt europium triflate emitted. For their optical, mechanical and electrochemical characteristics, the studied SPEs show a great potential to be applied both in electrochromic and electroluminescent devices, among others.