Efeito das Interações Hidrodinâmicas e do Fluxo no Transporte de Carga em Soluções de Polímeros Redox-Ativos

Os polímeros redox-ativos (PRAs) são uma subclasse de polieletrólitos que podem armazenar carga e passar por reações de troca redox. Os PRAs têm grande interesse no campo das baterias de fluxo redox (BFRs) devido à sua capacidade de carregar e descarregar rapidamente, sua modularidade química e seu tamanho molecular. No entanto, projetar PRAs para transporte eficiente de carga em nível molecular requer uma compreensão fundamental dos mecanismos de transporte de carga que ocorrem nas BFRs. Trabalhos anteriores de nosso grupo exploraram esses mecanismos e, neste artigo, buscamos aprimorar o modelo anterior incorporando tanto interações hidrodinâmicas (IHs) quanto dinâmicas fora do equilíbrio, que são altamente pertinentes para sistemas de baterias de fluxo. Usamos uma dinâmica browniana híbrida e simulação de Monte Carlo para modelar cadeias de polímeros redox-ativos em soluções diluídas e semidiluídas. Este modelo é usado para mostrar que a IH é uma característica importante quando o salto de carga não é o principal mecanismo para o deslocamento de carga e leva a um movimento segmentar e translacional mais rápido das cadeias de polímeros que acelera o transporte de carga em baixas concentrações de polímero. Demonstramos que fluxos extensivos fortes podem resultar em transporte aumentado ou diminuído dependendo da fração de cargas presentes na cadeia do PRA. Mostramos que o fluxo não apenas pode promover o transporte de carga ao estender as conformações do polímero, mas também pode suprimir processos de salto de carga não adjacentes que são importantes para o transporte em altas frações de carga. Fluxos de cisalhamento podem, de maneira semelhante, aumentar o transporte de carga através da extensão da cadeia, mas dinâmicas de tumbling levam a deslocamentos oscilatórios que se tornam características dominantes com altas frações de carga e fluxos fortes.