Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/1822/20990

TítuloNaNet- Novel amorphous network polymer electrolytes
Autor(es)Rodrigues, L. C.
Orientador(es)Smith, Michael John
Silva, Maria Manuela
Data5-Jul-2012
Resumo(s)Os eletrólitos poliméricos são uma classe de materiais condutores de iões, cuja principal vantagem reside no seu estado físico. Nas últimas décadas, o seu estudo tem crescido na medida em que podem ser incorporados como componentes de dispositivos eletroquímicos totalmente no estado sólido. Esta propriedade permite reduzir os custos de produção, uma vez que possibilita a adoção de arquiteturas simplificadas sem recurso a vedações. A incorporação de eletrólitos poliméricos em dispositivos eletroquímicos sólidos como baterias, surge assim, como resposta às necessidades energéticas da sociedade atual, essencialmente no que respeita aos dispositivos portáteis, pois possibilita a redução da massa e volume da fonte energética (Power Source) como também melhora os seus parâmetros de operação. Um eletrólito polimérico é uma solução sólida constituída por um polímero hospedeiro no qual se solubiliza um sal. Os iões movimentam-se na cadeia ou entre cadeias poliméricas, entre diferentes locais de coordenação, o que possibilita a condução iónica. O polímero hospedeiro mais estudado é o poli (óxido de etileno) que devido à sua natureza semicristalina não apresenta propriedades mecânicas e eletroquímicas que tornam possível a sua aplicação em dispositivos comercializáveis. Assim, no âmbito deste trabalho de doutoramento foram preparados diversos eletrólitos poliméricos baseados em dois métodos de preparação distintos, nos quais se utilizou um polímero hospedeiro de poli(oximetilenoxietileno), di-ureasils e di-uretanos . Recorrendo ao método de deposição foram preparados eletrólitos poliméricos utilizando uma matriz polimérica de poli(oximetilenoxietileno), sintetizada com recurso a um procedimento aperfeiçoado que permitiu obter um polímero transparente, com elevada estabilidade térmica e propriedades mecânicas e eletroquímicas apropriadas. Este polímero foi caracterizado recorrendo a diferentes técnicas como, espectroscopia de impedância, cromatografia de permeação em gel, análises térmicas e ressonância magnética nuclear. O polímero hospedeiro preparado foi dopado com diferentes sais de lítio dos quais se destacam o tetrafluoro borato de lítio que produz o material mais condutor à temperatura a ambiente e o perclorato de lítio que produz o mais condutor a temperaturas superiores a 35oC. Ainda com recurso à técnica de deposição, foram preparadas redes interpenetrantes consti tuídas por diferentes proporções de duas matrizes poliméricas poli(oximetilenoxietileno) e poli(trimetileno carbonato), dopadas com sais de lítio. Destas destaca-se a composição (a-PEO90%/ pTMC10%)5LiTFSI que apresenta valores de condutividade de 4,76x10-5 S.cm-1 e 4,18x10-4 S.cm-1 a 25 e 75oC respetivamente, valores superiores aos registados por cada um dos polímeros hospedeiros dopadas isoladamente. Os eletrólitos poliméricos produzidos recorrendo à técnica de deposição apresentaram-se sob a forma de filmes finos, transparentes, flexíveis e autossustentados. O método sol -gel foi utilizado para preparar sis temas híbridos orgânico-inorgânicos designados por di-ureasils e di-uretanos, constituídos por um esqueleto silicioso covalentemente ligado, através de grupos ureia ou uretano, a cadeias de polioxietileno (PEO) de diferentes massas moleculares. Estes sistemas foram dopados com diferentes sais de lítio, produzindo materiais transparentes e flexíveis com propriedades eletroquímicas e térmicas adequadas à aplicação em dispositivos eletroquímicos . De entre os vários dispositivos possíveis foi avaliada a incorporação dos materiais híbridos preparados em protótipos de “janelas inteligentes ”, confirmando as potencialidades de aplicação. Dos dispositivo avaliados o que incorpora a amostra com composição d-PCL(530)25LiTFSI é o que apresenta maior variação de densidade ótica e diferença de contraste ótico entre o estado colorado e transparente, demonstrando potencialidade de aplicação a dispositivos eletrocrómicos comerciais.
Polymer electrolytes are a class of ion-conducting materials, in which the principal advantage is related to thei r physical s tate. Over the last few decades, the interes t in these materials has grown because they can be incorporated into all solid-state electrochemical displays . The properties of these electrolytes allow a reduction of device production cost, because they permi t the adoption of simplified archi tectures wi thout the use of elaborate seals. The incorporation of polymer electrolytes in solid electrochemical devices , including batteries , appears as a response to the energy needs of today's society, particularly wi th regard to portable devices, since the mass and volume of the power source may be reduced with a useful improvement in certain aspects of thei r operating parameters . A polymer electrolyte is a solid solution of a polymer hos t in which a sal t is dissolved. The ions move between sites wi thin the chain or between locations on adjacent polymer chains , a process that forms the basis of ion conduction. The mos t s tudied host polymer is poly (ethylene oxide) (PEO), however due to the semicrys talline nature and restrictions in the mechanical and electrochemi cal properties of the commercial host polymer, this polymer i tself has no current application in marketable devices . In the project des cribed in this thesis various polymer electrolytes were prepared using two different methods . These methods were applied to electrolytes based on poly(oximethylene-oligo ethylene oxide), di-ureasils and di-urethanes. Using the deposi tion method, polymer electrolytes were prepared with a polymer matrix of poly(oximethylene-oligo ethylene oxide), synthesi zed using an improved procedure which led to a transparent polymer wi th high thermal s tability and appropriate mechanical and electrochemical properties. This polymer was characteri zed using di fferent techniques including impedance spectros copy, gel permeation chromatography, thermal analysis and nuclear magnetic resonance. The polymer hos t prepared was doped wi th di fferent lithium salts including lithium tetrafuoroborate, a gues t species wi th the highes t conductivi ty at ambient temperature and lithium perchlorate which produces the mos t conductive electrolyte at temperatures above 35oC. Using the deposition technique, interpenetrating network blends were prepared wi th di fferent proportions of two polymeric matrices poly (oximethylene-oligo ethylene oxide) and poly (trimethylene carbonate), doped wi th lithium salts . Of these sys tems, the (a-PEO90%/ pTMC10%)5LiTFSI composition presents conductivi ty values of 4.76 x10-5 S.cm-1 and 4.18 x10-4 S.cm-1 at 25 and 75oC, respectively, values superior to those observed for each of the doped component polymer hos ts. The polymer electrolytes, produced using the deposi tion technique, were generally obtained in the form of thin, transparent, flexible and self-sus taining films . The sol-gel method was used to prepare organic-inorganic hybrid sys tems designated as di-ureasils and di-urethanes and consisting of a siliceous skeleton covalently bonded through urea or urethane groups , to PEO chains of di fferent molecular masses. These sys tems were doped wi th di fferent li thium salts, producing flexible and transparent materials wi th electrochemical and thermal properties sui table for application in electrochemical devices . The hybrid materials prepared were incorporated in prototypes of "smart windows" and were subjected to preliminary evaluation. The device assembly incorporating the sample wi th composi tion d-PCL (530)25LiTFSI showed the highes t optical density variation and di fference in optical contrast between the colored and transparent s tates , demons trating the potential for these materials for commercial applications in electrochromic devices
TipodoctoralThesis
DescriçãoTese de doutoramento em Ciências (área de especialização em Química)
URIhttp://hdl.handle.net/1822/20990
AcessoopenAccess
Aparece nas coleções:BUM - Teses de Doutoramento
CDQuim - Teses de Doutoramento

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