Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
DESENVOLVIMENTO DE NOVOS ELETRÓLITOS SÓLIDOS POLIMÉRICOS CONDUTORES DE ÍONS DE LÍTIOE APLICAÇÕES EM DISPOSITIVOS ELETROCRÔMICOS
VICTORIA CASTAGNA FERRARI
DISSERTAÇÃO
14/09/2018

Neste trabalho, foram desenvolvidos eletrólitos sólidos poliméricos baseados em uma nova sub-classe de polieletrólitos onde a matriz polimérica é amorfa e a mobilidade iônica ocorre de maneira independente da mesma. A fim de compreender a dinâmica de mobilidade iônica e qual o papel da cadeia polimérica nesse processo, foi proposta uma modificação na estrutura do polímero originalmente desenvolvido. A modificação foi substituir a fonte de silício (Si) pela de germânio (Ge) com intuito de manter a cadeia polimérica ainda mais rígida (em função da maior eletronegatividade do Ge), possibilitando o aumento da mobilidade dos íons de lítio. Os polieletrólitos foram preparados pelo método sol-gel não hidrolítico sem necessidade de aparato complexo ou controle rigoroso durante o processo, facilitando seu escalonamento para produção em grande escala. Para verificar o mecanismo de transporte do polieletrólito, espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) em estado sólido foi utilizada. Foi confirmado, portanto, que os íons possuem um mecanismo de transporte desacoplado da movimentação segmental da cadeia polimérica. Foi avaliado que, para os polieletrólitos dessa classe, esse mecanismo segue um comportamento Arrhenius em função da temperatura. Foi calculado por experimentos em RMN que as energias de ativação dos polieletrólitos contendo silício e germânio, com 10 % de íons de lítio em massa, são de 0.26 e 0.12 eV, respectivamente. Espectroscopia Raman por Transformada de Fourier (FT-Raman) foi a análise utilizada para confirmar que os polieletrólitos feitos com germânio como átomo coordenante possuem menos vibrações, ou seja, a cadeia é mais rígida em comparação com os polieletrólitos feitos com silício. Além disso, esta técnica pôde verificar os sítios preferenciais dos íons na cadeia polimérica. Calorímetro Diferencial por Varredura (DSC) foi a análise empregada para determinar a faixa de operação do polieletrólito (acima da temperatura de transição vítrea), além de confirmar a diminuição da movimentação segmental da cadeia polimérica com a modificação proposta. Eletrodos eletrocrômicos foram sintetizados como complementos para investigar a utilização do polieletrólito em dispositivos eletroquímicos. Em resumo, o uso de átomos com diferentes valores de eletronegatividade que irão coordenar a matriz polimérica permite manipular a mobilidade iônica, controlando a intensidade da interação dos íons com os sítios ativos da matriz, de acordo com a aplicação desejada. Os testes preliminares demonstraram a alta capacidade desses materiais para serem empregados em dispositivos eletroquímicos de forma que suas estruturas podem ser alteradas de acordo com a necessidade do dispositivo.

transporte iônico;eletrólito sólido polimérico;dispositivos eletrocrômicos
In this work, there was the development of solid polymer electrolytes from a new sub-class of polyelectrolytes where the polymer matrix is amorphous, and the mobility of ions occur independently of the matrix. In order to study the dynamics of ion mobility and segmental motion of the polymer chain in this process, it was proposed a modification on the structure of the previous designed polymer. The modification was to substitute the silicon atom (Si) by a germanium atom (Ge) to induce more rigidity to the polymer chain (because of the higher electronegativity of Ge), increasing the lithium ion mobility. The polyelectrolytes were prepared by the non-hydrolytic sol-gel method without the necessity of a complex apparatus or a rigorous control over the process, facilitating its escalating for large-scale production. To verify the ion transport mechanism of the new polyelectrolyte, it was used solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy. It was confirmed, then, that the ions could move through a mechanism decoupled from the segmental motion of the polymer chain. The polyelectrolytes from this class have an Arrhenius-dependency of the temperature. It was calculated by this technique that the activation energies for the polyelectrolytes with silicon and germanium, with a lithium concentration of 10% wt, were 0.26 and 0.12 eV, respectively. Fourier Transform Raman Spectroscopy (FT-Raman) was the chosen analysis to confirm that the synthesized polyelectrolytes made with germanium as a coordinating atom had smaller vibrations, i.e., their polymer chain is more rigid in comparison to polyelectrolytes made with silicon. Besides this, this technique could verify the preferred ion sites on the polymer chain. Differential Scanning Calorimetry (DSC) was the employed analysis to find the thermal operating range of the electrolyte (above the glass transition temperature) and to confirm the decrease of the segmental motion of the polymer chain with the proposed modification on its structure. Electrochromic electrodes were synthesized as a complementary analysis to investigate the use of the produced polyelectrolyte in electrochemical systems. To summarize, the use of atoms with different values of electronegativity that will coordinate the polymer chain allows the manipulation of the ionic mobility, controlling the intensity of the interaction between the mobile ions and the active sites of the polymer chain. The preliminary tests have demonstrated a high capability of these polyelectrolytes for being employed in electrochemical devices in a way that their structures can be changed according to the requirements of the device.
ionic transport;solid polymer electrolyte;electrochromic devices.
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INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho não possui divulgação autorizada

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA
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Banca Examinadora

FLAVIO LEANDRO DE SOUZA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
JEAN JACQUES BONVENT Participante Externo
EDSON ROBERTO LEITE Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 24

Vínculo

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Não