Η ανάπτυξη αλκαλικών πολυμερικών μεμβρανών για ηλεκτροχημικές εφαρμογές, όπως είναι οι αλκαλικές κυψελίδες καυσίμου και τα αλκαλικά συστήματα ηλεκτρόλυσης νερού αποτελούν έναν από τους ταχέως αναπτυσσόμενους τομείς της επιστήμης των πολυμερών. Ωστόσο, μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την χρήση αυτών των μεμβρανών αποτελεί η περιορισμένη χημική σταθερότητα που εμφανίζουν σε αλκαλικά διαλύματα. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί αυτή η πρόκληση έγινε προσπάθεια ανάπτυξης νέων μηχανικά και θερμικά σταθερών αλκαλικών πολυμερικών ηλεκτρολυτών που να εμφανίζουν βελτιωμένη χημική σταθερότητα.
Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας, πραγματοποιήθηκε σύνθεση και μελέτη νέων πολυμερικών ηλεκτρολυτών που φέρουν δύο διαφορετικά είδη θετικά φορτισμένων ομάδων, όπως είναι οι φωσφονιακές και οι αμμωνιακές ομάδες. Αρχικά πραγματοποιήθηκε σύνθεση μονομερών που φέρουν π-τολυλομάδες που μπορούν να τροποποιηθούν στη βενζυλική θέση μετά τον πολυμερισμό. Στο πρώτο μέρος τροποποίησης των συντιθέμενων πολυμερών έγινε εισαγωγή είτε διφωσφινών με διαφορετικό μήκος αλκυλικής αλυσίδας μεταξύ των δύο φωσφόρων είτε της αλλυλοδιφαινυλοφωσφίνης, με στόχο τόσο την προσθήκη του θετικού φορτίου στις πολυμερικές αλυσίδες όσο και την διασύνδεση τους. Οι τελικές μεμβράνες που ελήφθησαν χαρακτηρίστηκαν ως προς τον βαθμό επιτυχίας της διασύνδεσης, την χημική και θερμική τους σταθερότητα. Στο δεύτερο μέρος πραγματοποιήθηκε εισαγωγή αμμωνιακών ομάδων με μεγάλη αλκυλική αλυσίδα όπως είναι η διμεθυλο-εξαδεκυλαμίνη καθώς και η Ν,Ν,Ν’,Ν’ τετραμεθυλο-1,4-βουτανοδιαμίνη η οποία μελετήθηκε είτε μόνη της προσδεμένη στον πολυμερικό σκελετό είτε φέροντας ως προέκταση μια αλκυλική αλυσίδα. Και σε αυτή την περίπτωση οι συντιθέμενες μεμβράνες χαρακτηρίσθηκαν με διάφορες τεχνικές.
(EL)
The development of alkaline polymeric membranes for electrochemical devices such as alkaline fuel cells and alkaline systems for water electrolysis is one of the most growing field of the polymer science. However the low chemical stability of these membranes is a challenge that should be overcome in order to achieve effective implementation. The target of this work was the development of novel mechanical and thermally stable alkaline polymer electrolytes which would display improved chemical stability.
As part of this dissertation thesis, new polymeric electrolytes bearing either phosphonium or ammonium groups were developed. Initially, we synthesized monomers bearing p-tolyl groups that can be functionalized via post polymerization modification. On the first part of modification after polymerization, diphosphines with various length of aliphatic chain as well as allyldiphenylphosphine were introduced into the polymers aiming at the incorporation of positively charged groups onto the polymer backbone and simultaneous crosslinking of the polymeric membranes. The final membranes were characterized in terms of degree of crosslinking, chemical and thermal stability. On the second part quaternized ammonium groups with long alkyl chain like N, N-dimethylhexadecylamine and N,N,N’,N’-tetramethyl-1,4-butanediamine were introduced onto the polymer backbone. The diamine was studied either directly attached to the polymer backbone or with extender chain pendant to the QA groups. In this case the synthesized membranes were characterized with different techniques.
(EL)
University of Patras
