Eletrólitos de seda para o desenvolvimento sustentável de dispositivos eletroquímicos sustentáveis

Abstract

Os eletrólitos poliméricos sólidos (SPEs) são constituídos por polímeros, que ao serem dopados adquirem propriedades condutoras, possíveis de serem aplicados numa ampla variedade de dispositivos eletroquímicos, como sensores, baterias ou janelas inteligentes. Estes sistemas oferecem várias caraterísticas atrativas, nomeadamente boas propriedades eletroquímicas, baixo custo, alta segurança, redução de problemas associados às questões ambientais, eliminação de problemas associados a fuga de eletrólitos e boa flexibilidade. Para além disso o desenvolvimento de eletrólitos poliméricos naturais tem sido explorado para substituir os eletrólitos poliméricos sintéticos, de modo a combater problemas ambientais e apelar a uma maior sustentabilidade. O âmbito desta dissertação consiste na síntese de eletrólitos poliméricos de base natural, usando como biopolímero a fibroína de seda. Para a preparação destes SPEs, a matriz biopolimérica foi dopada com glicerol, dimetilsulfóxido (DMSO) e bis(trifluorometoxisulfonil)imida de lítio (LiTFSI). Os eletrólitos poliméricos preparados foram caraterizados recorrendo a diversas técnicas, tais como: calorimetria diferencial de varrimento (DSC), espetroscopia de ultravioletavisível (UV-vis), espetroscopia de impedância complexa, microscopia de força atómica (AFM), microscopia ótica polarizada (POM) e espetroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A utilização de glicerol e de DMSO, bem como a otimização da concentração de LiTFSI na síntese, permitiu a preparação de materiais com características promissoras para a sua utilização como eletrólitos poliméricos. Os materiais preparados apresentam uma excelente condutividade iónica (atingindo em algumas amostras valores superiores a 10–3 S cm–1), bem como características térmicas e morfológicas adequadas para a sua utilização em dispositivos eletroquímicos, tais como baterias ou dispositivos electrocrómicos.

Solid polymer electrolytes (SPEs) are formed by polymers, when doped, acquire conductive properties, that can be applied in a wide variety of electrochemical devices, such as sensors, batteries, or smart windows. These systems offer several attractive features, in particular, good electrochemical properties, low cost, high safety, reduction of problems associated with environmental issues, elimination of electrolyte leakage problems, and good flexibility. Besides that, the development of natural polymer electrolytes is being explored to replace synthetic polymer electrolytes, surpassing environmental issues and raising awareness for sustainability. The aim of this dissertation consists in the synthesis of natural polymer electrolytes, using silk fibroin as biopolymer. For the preparation of these polymer electrolytes, the biopolymeric matrix was doped with glycerol, dimethyl sulfoxide (DMSO), and lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide (LiTFSI). The solid polymer electrolytes were characterized by several techniques, such as: differential scanning calorimetry (DSC), ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), complex impedance spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), polarized optical microscopy (POM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The use of glycerol and DMSO, as well as the optimization of the concentration of LiTFSI in the synthesis, allowed the preparation of materials with promising characteristics for its use as polymeric electrolytes. The prepared materials have excellent ionic conductivity (in some samples reaching values greater than 10–3 S cm–1), as well as thermal and morphological characteristics suitable for their use in electrochemical devices, such as batteries or electrochromic devices.