Σύνθεση και χαρακτηρισμός γραμμικών και μη γραμμικών συμπολυμερών: μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων και της αγωγιμότητάς τους για εφαρμογές σε μπαταρίες ιόντων λιθίου

Abstract

In this research work, linear homopolymers and copolymers were synthesized, along with miktoarm star copolymers bearing polyanionic chains, where lithium is used as the counter cation, with potential use on solid polymer electrolytes, as additives or polymer matrices.At first, the synthesis of STFSIK monomer was conducted, and its polymerization through NMP techniques afforded linear homopolymer samples. As a result, linear homopolymers PSTFSIK, of various molecular weights were synthesized, while a polymerization kinetic study took place, using a specific NMP alkoxyamine initiator. Subsequently, the lithiated form of the polymers, PSTFSILi, was obtained via an ion – exchange reaction.Likewise, by the simultaneous polymerization reaction of styrene and STFSIK, a series of linear random copolymers PS-co-PSTFSIK/Li was created, in which the effect of the PSTFSILi weight fraction content was evaluated on the thermal properties of the samples, that were characterized with comparable degree of polymerization.For the synthesis of the miktoarm star copolymers, a polyethylene oxide star macroinitiator was synthesized, which was then subsequently employed for the NMP polymerization of STFSIK, or in other case STFSIK and St.The miktoarm star copolymers PEO/PSTFSILi produced, were also studied in terms of their ionic conductivity and their mechanical properties to be evaluated as materials that could potentially be used in lithium-ion batteries.

Στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν ομοπολυμερή, γραμμικά και μικτόκλωνα αστεροειδή συμπολυμερή πολυανιοντικών αλυσίδων, οι οποίες φέρουν ως αντισταθμιστικό κατιόν το λίθιο, και μπορούν εν δυνάμει να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετα ή πολυμερικές μήτρες σε στερεούς πολυμερικούς ηλεκτρολύτες.Προηγήθηκε η σύνθεση του μονομερούς STFSIK, ενώ ακολούθησε ο πολυμερισμός του μέσω νιτροξειδικών ριζών, για την δημιουργία των γραμμικών ομοπολυμερών δειγμάτων. Ως αποτέλεσμα προέκυψαν γραμμικά ομοπολυμερή PSTFSIK με εύρος μοριακών βαρών, ενώ ολοκληρώθηκε μελέτη της κινητικής του πολυμερισμού με συγκεκριμένη αλκοξυαμίνη ως απαρχητή NMP. Εν συνεχεία, τα λιθιωμένα παράγωγα, PSTFSILi, παρασκευάστηκαν μέσω αντίδρασης αντικατάστασης ιόντος.Ομοίως, με τον ταυτόχρονο συμπολυμερισμό στυρενίου και STFSIK, δημιουργήθηκαν τυχαία γραμμικά συμπολυμερή PS-co-PSTFSIK/Li και μελετήθηκε η επίδραση της σύστασης στις θερμικές ιδιότητες των πολυμερών τα οποία εμφάνιζαν συγκρίσιμο βαθμό πολυμερισμού.Για την δημιουργία των μικτόκλωνων αστεροειδών συμπολυμερών, συντέθηκε αστεροειδής μακροαπαρχητής πολυαιθυλενοξειδίου, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για τον NMP πολυμερισμό του STFSIK αλλά και τον συμπολυμερισμό STFSIK, St.Για τα αστεροειδή συμπολυμερή PEO/PSTFSILi που παράχθηκαν, έγινε μελέτη της ιοντικής αγωγιμότητας και των μηχανικών ιδιοτήτων τους, για την αξιολόγηση της δυναμικής τους όσον αφορά τη χρήση αυτών των υλικών σε μπαταρίες ιόντων λιθίου.