Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10162
Title: Σύνθεση πολυμερικών ηλεκτρολυτών
Other Titles: Synthesis of polymeric electrolytes
Authors: Καλλίτσης, Κωνσταντίνος
Keywords: Πολυμερικοί ηλεκτρολύτες
Κελιά καυσίμου
Κινολίνες
Πολυμερικές μεμβράνες ηλεκτρολύτη
Διασυνδεδεμένες μεμβράνες
Keywords (translated): Polymer electrolytes
Fuel cells
Quinolines
Polymer electrolyte membranes
Cross-linked membranes
Abstract: Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη αρωματικών πολυαιθέρων που φέρουν πολικές ομάδες. Τα πολυμερή αυτά έχουν την ιδιότητα να προσροφούν φωσφορικό οξύ και έτσι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πολυμερικοί ηλεκτρολύτες σε κελιά καυσίμου. Με βάση προηγούμενη εμπειρία του εργαστηρίου, συντέθηκαν συμπολυμερή που φέρουν μονάδες πυριδίνης (υποκατεστημένης στις θέσεις 2 και 6) στην κύρια αλυσίδα καθώς και αλλυλικές ομάδες. Τα συμπολυμερή αυτά παρουσιάζουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες καθώς και πολύ υψηλά ποσοστά εμποτισμού σε φωσφορικό οξύ. Ακόμα επιπλέον σταθεροποίηση αυτών των δομών είναι εφικτή, με την διασύνδεση μέσω των πλευρικών διπλών δεσμών, κατά τη διάρκεια του εμποτισμού των μεμβρανών με φωσφορικό οξύ. Αυτές οι μεμβράνες δοκιμάστηκαν σε μοναδιαία κυψελίδα καυσίμου και παρουσιάζουν υψηλές αποδόσεις, συγκρίσιμες με εμπορικά διαθέσιμες μεμβράνες. Ακολουθώντας το ίδιο μοτίβο, δηλαδή των αρωματικών πολυαιθέρων που φέρουν πολικές ομάδες, έγιναν προσπάθειες για την ανάπτυξη νέων πολυμερών που βασίζονται στον κινολινικό δακτύλιο. Αρχικά συντέθηκε το μόριο της 2-πενταφθοροφαινυλο-4-φαινυλο-6-(4-υδροξυφαινυλο)κινολίνης, το οποίο φέρει δύο δραστικές ομάδες, μια ομάδα φαινόλης και μία ομάδα υπερφθοριομένου φαινυλίου. Το μόριο αυτό μπορεί παρουσία βάσης να αυτοπολυμεριστεί δρώντας ως Α,Β διδραστικό μονομερές. Έγινε συστηματική προσπάθεια βελτιστοποίησης των συνθηκών πολυμερισμού, με αποτέλεσμα την επίτευξη ικανοποιητικών μοριακών βαρών. Τέλος, έγιναν προσπάθειες περαιτέρω σταθεροποίησης των δομών που βασίζονται στην κινολίνη, μέσω διασύνδεσης των πολυμερικών αλυσίδων. Για να επιτευχθεί αυτό αναπτύχθηκε μία νέα μεθοδολογία διασύνδεσης μέσω πυρηνόφιλης αρωματικής υποκατάστασης του υπερφθοριωμένου δακτυλίου. Ώς διασυνδετές χρησιμοποιήθηκαν τόσο μονομερή της 2,6-δι(4-υδροξυφαινυλο)πυριδίνης όσο και ολιγομερή πυριδίνης-σουλφόνης. Τα διασυνδεδεμένα αυτά πολυμερή και οι μεμβράνες που παρασκευάσθηκαν από αυτά, χαρακτηρίστηκαν όσον αφορά στη θερμική τους σταθερότητα, την ικανότητα εμποτισμού τους σε φωσφορικό οξύ και το ποσοστό μεταβολής των διαστάσεών τους κατά τον εμποτισμό. Ορισμένες απ’ αυτές τις μεμβράνες δοκιμάστηκαν σε μοναδιαία κυψελίδα και παρουσιάζουν εξαιρετικές αγωγιμότητες.
Abstract (translated): This project refers to the development of aromatic polyethers bearing polar groups. Such polymers have the ability to absorb phosphoric acid and can be used as polymer electrolytes in HT-PEM fuel cells. Based on previous experience, copolymers bearing the pyridine group as well as allyl-groups were developed. These copolymers have excellent mechanical properties as well as high doping ability in H3PO4. These structures were further stabilized through the cross-linking of side chain double bonds, during the doping procedure in phosphoric acid. The doped membranes were tested in single cell and found to be equally efficient with the “state of the art” membranes of the same kind. Following the motif of the aromatic polyethers bearing polar groups, polymers based on the quiunoline ring were also developed. Initially, the monomer of 2-perfluorophenyl-4-phenyl-6-(4-hydroxyphenyl) quinoline was synthesized. This molecule bears two functional groups, a phenol group and a perfluorophenyl group. Having two different functional groups in the same molecule gives this monomer the ability to be self-polymerized in the presence of base. The polymerization procedure was systematically optimized, acquiring decent molecular weights. Finally, further stabilization of these structures was achieved through cross-linking. To achieve this, a new cross-linking procedure was developed, through nucleophilic aromatic substitution of the perfluoro ring. As cross-linking agents, the 2,6-di(4-hydroxyphenyl)-pyridine monomer as well as a pyridine-sulfone oligomer were used. The cross-linked membranes were characterized regarding their thermal stability and their phosphoric acid doping ability as well as their expansion during doping in phosphoric acid. Some of the resulting membranes were tested in single cell and present excellent conductivities.
Appears in Collections:Τμήμα Χημείας (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Kallitsis(chem).pdf3.61 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.