Redoks-aktif Gözenekli Organik Polimerlerin Sentezi ve Çinko İyon Pillerde Katot Malzemesi Olarak Kullanımları

Abstract

Proje kapsamında redoks-aktif yapı taşlarının kullanımı ile yeni redoks aktif gözenekli organik polimerler (rGOP'ler) sentezlenmiştir. Sentezlenen polimerler şarj edilebilir sulu çinko(Zn)-iyon pillerde (ÇİP) katot malzemesi olarak test edilmişlerdir. Sentezlenen polimerlerden rGOP-1 yüksek kapasite göstermesinin yanında sabit voltaj çıkışına imkan sağlayacak düz deşarj platosuna ve 2.0 A g-1 akım yoğunluğunda 30000 şarj/deşarj döngüsü sonunda başlangıç kapasitesinin %66?sını koruyarak uzun döngü ömrüne sahip olduğunu göstermiştir. rGOP-1?in ağsı yapısı, redoks-aktif küçük organik bileşiklerde sıklıkla karşılaşılan deşarj ürünlerinin elektrolit içerisinde çözünürlük sorununu gidermiş, uzun ve kararlı bir şarj/deşarj çevrim ömrüne sahip olmasını sağlamıştır. Gözenekli ve ?-konjuge iskelet yapısı hızlı iyon ve yük transfer süreçlerini kolaylaştırarak olağanüstü elektrokimyasal performans sergilemesinde önemli rol oynamıştır. Ayrıca, operando ve ex-situ analizler sayesinde rGOP-1?in çalışma mekanizması incelenmiştir. Sulu ÇİP?lerde görülen proton (H+) yardımcı iyon etkileşimi detaylı bir biçimde analiz edilmiş ve katotların yük depolama mekanizması ayrıntılı bir şekilde çalışılmış ve her bir iyonun (Zn2+ ve H+) toplam kapasiteye katkıları kantitatif bir biçimde belirlenmiştir. Proje kapsamında sentezlenen her bir rGOP içerdikleri farklı redoks-aktif grupları ve kullanılan kimyanın farklılığı sayesinde projenin yeniliğine katkı sağlamakla kalmayıp, yapı-özellik ilişkilerinin kurulmasında önemli rol oynamıştır. Her bir rGOP için gerçekleştirilen rutin galvanostatik ve potentiostatik ölçümler sayesinde polimerik yapıların katot malzemesi olarak ÇİP?lerde elektrokimyasal performansları değerlendirilmiştir. Buradan elde edilen bilgiler ve geri dönüşler kullanarak ÇİP?ler için yeni rGOP?ler üretilmiştir. Öncül analizleri tamamlanan rGOP-7 ve rGOP-8 1.0 A g-1 akım yoğunluğunda yüksek kapasite ile birlikte 10000 gibi uzun şarj/deşarj döngüsüne sahip oldukları gösterilmiştir. Sentezlenen polimerlerin sahip olduğu yapısal farklılıkların ÇİP?lerde katot olarak elektrokimyasal performans üzerindeki etkisinin araştırılması yönünden oldukça önemlidir. Bahsedilen farklılıklar ve ilerlemeler göz önüne alındığında, projeden elde edilen bulgular yapı-özellik arasındaki ilişkinin kurulmasında önemli bir rol üstlenmiştir. Projeden elde edilen tüm bilgi ve deneyimler, yeni nesil enerji depolama sistemleri için rasyonel kimyasal tasarımların geliştirilmesinde büyük katkılar sunacağı düşünülmektedir.