Převrat ve vývoji flexibilních materiálů pro použití v elektronice a uchovávání energie si vědci slibují od nových originálních materiálů na bázi polymerů. Ty jsou dnes díky přípravě z dostupnějších surovin, smíšené elektronové a iontové vodivosti a možnosti modifikace vodivosti a stability považovány za kandidáty na efektivnější elektrody pro baterie a kondenzátory.
Rozvíjející se elektronika a požadavky na ekologičtější energetické aplikace stimulují vývoj nových materiálů pro baterie, superkondenzátory, palivové a solární články. Vědcům z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR (ÚMCH AV ČR) se nyní v rámci tříletého projektu podařilo připravit nové vodivé materiály na bázi polymerů ve formě prášků, tenkých vrstev, kryogelů a hybridních kompozitů s funkcemi vhodnými hlavně pro elektrodové materiály pro přeměnu a skladování energie a katalýzu. „Během řešení projektu se ukázalo, že získané porézní materiály můžou být také využité jako adsorbenty nebo antibakteriální materiály,“ říká Dr. Patrycja Bober, vedoucí Oddělení vodivých polymerů v ÚMCH AV ČR. Výsledky výzkumu byly publikovány v renomovaných impaktovaných vědeckých časopisech: Journal of Materials Chemistry C, Journal of Colloid and Interface Science, Macromolecular Rapid Communications, Polymer apod. Celkem bylo publikováno 12 článků.
Polypyrol cryogel připravený s želatinou (vlevo) a ilustrace makroporézního morfologie odpovídajícího aerogelu (vpravo).
Hlavní komplikací úspěšného projektu bylo nalezení optimální doby kryopolymerace pro získání maximálního výtěžku připraveného polymeru v kryogelech a optimalizaci technologie čištění. „Kryopolymerace je velmi pomalý proces. Nyní již víme, že nám na ni stačí jeden týden, ale čištění materiálů trvá přibližně 3 měsíce. Bohužel, další komplikace nastala během pandemie, kdy jsme si museli zvyknout na komunikaci na dálku a na online schůzky namísto osobního jednaní a diskuzí nad výsledky,“ objasňuje Dr. Patrycja Bober.
Na vývoji nových vodivých materiálů spolupracovali vědci z ÚMCH se zahraničními kolegy z rakouského Wood KPlus – Kompetenzzentrum Holz GmbH, ze slovenského Ústavu polymérov SAV a ze srbské University of Belgrade. „Také jsme úzce spolupracovali se skupinou prof. Ing. Petra Humpolíčka, Ph.D., z Centra polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Během zkoumání biologických vlastností makroporézních a vodivých kryogelů jsme společně zjistili, že polypyrrolové kryogely stabilizované želatinou vykazují významný antibakteriální účinek bez dalších antibakteriálních látek, což je velmi slibné pro jejich potenciální využití také v biomedicínských aplikacích,“ popisuje Dr. Patrycja Bober.
Nově získané poznatky včetně jednokrokového kryopolymerizačního postupu nyní vědci využijí v rámci řešení dalšího projektu, podpořeného Grantovou agenturou ČR, který se věnuje přípravě a charakterizaci inovativních vysoce porézních vodivých polymerních materiálů a jejich kompozitů pro degradaci organických barviv, léčiv nebo těžkých kovů z odpadních vod.
Ing. Patrycja Bober, Ph.D., je vedoucí Oddělení vodivých polymerů v Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd České republiky. Po absolvování doktorského studia v oboru makromolekulární chemie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy strávila šest měsíců na finské Åbo Akademi University. Se svou skupinou se věnuje přípravě vodivých polymerů a kompozitu chemickou oxidací nebo elektrochemickou polymerací s ohledem na řízení polymerní morfologie s vysokou elektrickou vodivostí. Její tým spolupracuje s řadou pracovišť v České republice a zahraničí (Rakousko, Srbsko, Finsko, Slovensko, Singapur apod.) v oblasti aplikací připravených materiálů.
Autor: Ústavu makromolekulární chemie AV ČR, na úvodní fotce vědecký tým Dr. Patrycje Bober v ÚMCH AV ČR