Electroquímica inalámbrica bipolarnuevos hitos y aplicaciones

Resumen

Esta tesis se enfoca en nuevos aspectos de electroquímica inalámbrica bipolar no desarrollados previamente. La electroquímica bipolar hace posible la generación de un potencial inducido en un material conductor inmerso (electrodo bipolar). Todo ello sin que exista contacto directo por cable, gracias a la inducción de un dipolo opuesto al campo externo impuesto entre los bordes del material. Ello hace posible generar reacciones electroquímicas en el ánodo y cátodo inducidos del material inmerso y, además, abre una puerta a una gran variedad de aplicaciones electroquímicas inalámbricas. La generación de polos opuestos y la electroquímica que se asocia a ellos da lugar a cambios tanto en las propiedades de la celda global, así como en los materiales inmersos. Esto a su vez puede dar lugar a cambios en las propiedades del material o inducir, como se reportó anteriormente, fenómenos de electroestimulación neuronal. En ese sentido, en este trabajo se han observado varios puntos esenciales. La presencia de uno o varias piezas conductoras en el electrolito genera una disminución notable de la resistencia de la celda electroquímica incluso sin percolación posible, debido a la reorganización iónica generada por los dipolos formados. Asimismo, disminuye la resistencia de transferencia de carga y permite una mediación redox gracias a la conversión química de especies reducidas en el ánodo contiguo adyacente o viceversa, en lo que se puede definir como un efecto en cascada. Las reacciones presentes en el electrodo bipolar sin contacto dependen del voltaje externo aplicado, de la configuración geométrica (incluyendo posición en el campo, forma y volumen de ocupación del material), del electrolito y de la propia reactividad del material. Así un metal noble resulta inerte mientras que en sus polos se oxida y reduce respectivamente el disolvente o las especies que contiene. Un metal como el cobre, en medio alcalino, sufre una anodización inducida que, tal como hemos observado, da lugar a franjas de óxidos e hidróxidos con estados de oxidación oscilantes debido a los cambios de resistencia que modifican los dipolos inducidos. Si el material permite intercalación redox, siendo un conductor mixto iónico-electrónico, las observaciones con resolución espacial u operando muestran la intercalación de iones Na+ presentes en el medio en el cátodo inducido y su propagación hacia el ánodo, debido a cambios de resistencia, lo que genera un material en gradiente redox. Este gradiente puede ser el responsable del gran efecto que los electrodos bipolares, el IrOx y el PEDOT:PSS, tienen en el crecimiento neuronal. En ambos casos existe una relajación del gradiente de distintas escalas de tiempo. La movilidad aniónica en CoN permite, asimismo, la reacción de reducción a Co metálico y, por tanto, la generación de ferromagnetismo de magnitud notable a bajos potenciales. Dependiendo de la posición geométrica del material en el campo eléctrico, se forma un material en gradiente o homogéneo y, por tanto, el ferromagnetismo es volátil o permanente. Cada uno de los resultados ofrece un nuevo paradigma en diversos campos de aplicación, desde la electroestimulación ya ensayada, a sistemas de almacenamiento de energía, dispositivos electrónicos o magneto-iónicos, entre otros. Pero sobre todo como línea base, se ha aumentado la comprensión de los fenómenos implicados, a veces muy complejos como el caso de la oxidación del cobre.