Design and synthesis of phosphonium and phosphonate functionalized polymer electrolytes via romp for lithium-ion batteries
Lityum-iyon pıller için romp esaslalı fosfonyum ve fosfonat fonksiyonlu polimer elektrolitlerin tasarımı ve sentezi
- Tez No: 1005968
- Danışmanlar: PROF. DR. TARIK EREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Enerji, Chemistry, Polymer Science and Technology, Energy
- Anahtar Kelimeler: Fosfonyum polimer elektrolit, iletkenlik, polimerik iyonik sıvı, ROMP, ısıl kararlılık, lityum iyon pilleri, Homopolimerler, phosphonium polymer electrolyte, conductivity, polymeric ionic liquid, ROMP, thermal stability, lithium ion batteries, Homopolymers
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, fosfonyum ve fosfonat fonksiyonelleştirilmiş polimerlere dayalı iki sınıf polimer elektrolit, yeni nesil lityum iyon pillerde (LIB'ler) olası kullanımları açısından sentezlenmiş ve incelenmiştir. Bu çalışmanın ilk bölümünde, halka açılma metatez polimerizasyonu (ROMP) ve anyon değişimi yöntemleriyle triflorosülfonilimid (TFSI) anyonlarının eklenmesi sonucu çeşitli fosfonyum bazlı polimerik iyonik sıvılar (PIL'ler) elde edilmiştir. Farklı sübstitüent gruplarının (trifenil, tripropil, tert-butil ve triflorofenil) iyonik iletkenlik üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Bu gruplar arasında, %15 oranında propil sübstitüe edilmiş PIL (SM2), LiTFSI varlığında oda sıcaklığında 6 × 10⁻⁴ S cm⁻¹ ile en yüksek iletkenliği göstermiştir. Ayrıca, polimer omurgasına polietilen glikol (PEG) zincirlerinin eklenmesiyle iletkenlik davranışında ek bir iyileşme gözlenmiştir. Bu çalışmanın ikinci bölümünde, fosfonat fonksiyonelleştirilmiş yeni bir polisiklookten (PolyCOD), tiyol–en katılma (click) reaksiyonu reaksiyonu yoluyla sentezlenmiş, ardından klorofosfonat reaktifiyle fonksiyonelleştirilmiştir. Sentetik süreç, siklooktadien ile merkaptoetanol arasındaki tiyol–en reaksiyonu ile hidroksil-fonksiyonlu bir monomerin elde edilmesiyle başlamış, ardından bu monomer klorofosfonat reaktifiyle tepkimeye sokularak fosfonat grupları kazandırılmıştır. Grubbs'un üçüncü nesil katalizörü kullanılarak yapılan polimerizasyon sonucu, yan zincirlerinde fosfonat fonksiyonları taşıyan bir polimer elde edilmiştir. Elde edilen fosfonat esterleri, trimetilsilil bromür ile muamele edilerek fosfonik asit türevlerine dönüştürülmüş ve böylece PolyCODfosfonat ve PolyCODfosfonik asit polimerleri hazırlanmıştır. Bu polimerler, poli(viniliden florür) (PVDF) ve lityum bis(triflorometansülfonil)imid (LiTFSI) ile karıştırılarak kompozit elektrolit filmleri oluşturmuştur. Termal analiz, başarılı fonksiyonelleştirmeyi ve yüksek ısıl kararlılığı (>300 °C) doğrulamıştır. Mikro konik kalorimetre analizleri, PolyCOD fosfonik asidin, PolyCOD fosfonata kıyasla ısı yayılım oranı (HRR) azaltımında üstün performans gösterdiğini ortaya koymuştur. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri, LiTFSI varlığında lityum iyonu iletkenliğinde belirgin bir artış olduğunu göstermiştir; bu artış, fosfonat gruplarının güçlü çözme (solvasyon) kabiliyetine atfedilmiştir. Ölçülen iyonik iletkenlik değerleri, PolyCODfosfonat için 1.05 × 10⁻4 S cm⁻¹ ve PolyCODfosfonik asit için 6.30 × 10⁻4 S cm⁻¹ olarak bulunmuştur. Fosfonat fonksiyonlarının eklenmesi, yalnızca iyon taşınımını xvii geliştirmekle kalmamış, aynı zamanda alev geciktirici özellikler de kazandırmıştır. Bu sonuçlar, geliştirilen malzemelerin gelecek nesil katı hal lityum iyon pil elektrolitleri için son derece umut verici adaylar olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This study synthesized and examined two classes of polymer electrolytes based on phosphonium and phosphonate-functionalized polymers for possible use in nextgeneration lithium-ion batteries (LIBs). In the first part of the study, using ringopening metathesis polymerisation (ROMP) and anion exchange to add trifluorosulfonylimide (TFSI) anions, a range of phosphonium polymeric ionic liquids (PILs) were created. It was thoroughly investigated how different substituent groups (triphenyl, tripropyl, tert-butyl, and trifluorophenyl) affected the ionic conductivity. Among these, the 15 wt% propyl-substituted PILs (SM2) At room temperature, LiTFSI had the highest conductivity, measuring 6 × 10−4 S cm−1. Furthermore, the conductivity behaviour was further affected by grafting polyethylene glycol (PEG) chains onto the polymer backbone. In the second part of this study, a novel phosphonate-functionalized polycyclooctene (PolyCOD) was synthesized through a thiol–ene click reaction, followed by functionalization with a chlorophosphonate reagent. The synthetic route began with a thiol–ene click reaction between cyclooctadiene and mercaptoethanol to afford a hydroxyl-functionalized monomer, which was subsequently reacted with chlorophosphonate reagent to introduce phosphonate groups. Polymerization using Grubbs' third-generation catalyst yielded a polymer bearing pendant phosphonate functionalities. Phosphonic acid derivatives were further prepared via treatment with trimethylsilyl bromide, producing PolyCODphosphonate and PolyCODphosphonic acid, respectively. These polymers were blended with polyvinylidene difluoride (PVDF) and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI). Thermal analysis confirmed successful functionalization and high thermal stability (>300 °C). Micro-cone calorimetry revealed that PolyCODphosphonic acid exhibited superior heat release rate (HRR) reduction compared to PolyCODphosphonate. Electrochemical impedance spectroscopy demonstrated enhanced lithium-ion conductivity, reaching 1.05 × xv 10−4 S cm−1 for PolyCOD phosphonate and 6.30 × 10⁻4 Scm⁻¹ for PolyCOD phosphonic acid at ambient temperature attributed to the strong solvation capability of phosphonate groups. The incorporation of phosphonate functionalities not only improves ionic transport but also imparts flame-retardant characteristics, establishing these materials as promising candidates for next-generation solid-state LIB electrolytes.
Benzer Tezler
- Karbondioksit'in (CO2) halkalı karbonatlara dönüştürülmesinde katalizör olarak imidazolyum, amonyum ve fosfonyum gruplarını içeren boronat esterlerin sentezi ve spektroskopik özellikleri
Synthesis and spectroscopic properties of boronate esters containing imidazolium, ammonium and phosphonium groups as catalyst in the conversion of carbon dioxide (CO2) to cyclic carbonates
EYYÜP YAŞAR
- Elucidation of structural factors controlling thermal stability of bulk and metal-oxide supported phosphonium ıonic liquids
Saf ve metal-oksit destekli fosfonyum i̇yonik sivilarinin isil kararliliklarini kontrol eden yapisal faktörlerin aydinlatilmasi
VOLKAN BALCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALPER UZUN
- Development of mitochondria targeted gold nanorods
Mitokondri hedefli altın nanoçubukların geliştirilmesi
HANDE UÇAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR ÖZÇELİK
- İlaç salınımı uygulamalarına yönelik fosfonik asit bazlı metal organik hibrit yapılarının geliştirilmesi
Synthesis and development of phosphonic acid based metal organic hybrid structures for drug delivery applications
GÜLŞEN YILMAZ AKPARLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BURÇİN PİŞKİN
- Akridin esaslı bazı yeni bileşiklerin sentezi ve boya duyarlı güneş hücrelerinde uygulamaları
Synthesis of some new acridine-based compounds and applications in dye-sensitive solar cell
NAGİHAN ÖZTÜRK