Yüksek performanslı poliimid nanofiberlerin hazırlanması ve lityum iyon pillerde elektrolit olarak kullanımı
Preparation of high performance polyimide nanofibers as electrolytes for lithium ion batteries
Yazar: EMRE AYTAN
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Polimer elektrolitler; katı, sıvı ve jel polimer elektrolitler olarak sınıflandırılabilir. Jel polimer elektrolitler, sıvı elektrolitlere karşı sızmayı engellediği, kullanılan çözücünün buharlaşmasını engellediği ve yanmaya karşı dayanıklı olduğu için pillerde daha güvenli oldukları düşünülmektedir. Bunlara ek olarak katı elektrolitlerin iyonik iletkenliklerinin çok düşük olması da yüksek performanslı jel polimer elektrolitlerin geliştirilmesi konusuna olan ilgiyi arttırmıştır. Jel polimer elektrolitlerde tuz genellikle iyonik iletkenliği sağlayan serbest/hareketli iyon sağlayıcı görevi görürken, çözücü tuzu çözme ve iletken bir ortam oluşturur.
Bu tez çalışmasında, yüksek iyonik iletkenliğe ve geniş bir aralıkta elektrokimyasal kararlılığa, üstün termal ve mekanik özelliğe sahip, organik-inorganik hibrit elektrolit geliştirilmiştir. 
 	Öncelikle 3-(glisidiloksipropil)trimetoksisilan modifiye 4,4′-Oksidianilin ve Benzofenon-3,3′,4,4′tetrakarboksilik dianhidrit esaslı poliamik asit hazırlandı. Ardından grafen oksit ve kısmen hidrolizlenmiş Polidimetilsiloksan eklendi. Karışım elektrospining edilerek peşinden termal olarak pişirilerek gözenekli ve birbirine kovalent bağlı Poliimid nanofiberler elde edildi. İkinci olarak nanofiberler Bisfenol A etoksilat dimetakrilat, poli(etilen glikol) dimetakrilat ve 3-(Trimethoksisilil)propil metakrilat içeren karışımından oluşanUV kürlenebilir bir formülasyonuna daldırıldı ve ardından polimerleştirildi. Elde edilen bu filmlerin LiFP6 tuzunun etilen karbonat ve dimetil karbonatın hacimce 1:1 karışımındaki 0.5 M'lık çözeltisine batırılıp tuz emdirilmesiyle organik – inorganik hibrit elektrolit elde edildi. Sol-jel reaksiyonları kullanılarak organik ve inorganik ağ yapıların bir arada olacağı hibrit sistem tasarlandı. Hazırlanan filmlerin Infrared spektroskopisi ile kimyasal yapı karakterizasyonu yapılmıştır.  İletkenlik ölçümleri empedans spektroskopisi yöntemi ile elektrokimyasal stabilitesi ise doğrusal taramalı voltametri yöntemi ile yapılmıştır. Termal analizleri termogravimetri ve diferansiyel taramalı kalorimetri ile yapılmıştır.

Abstract:
Polymer electrolytes are classified as solid polymer electrolytes,liquid electrolytes and gel polymer electrolytes. Gel polymer electrolytes are contemplated to be safer electrolytes for batteries, because gel polymer electrolytes prevent liquid electrolyte leakage, suppress the evaporation of the solvent, and they have lower flammability property. In addition, since ultralow ionic conductivity of solid polymer electrolyte, great efforts are being dedicated to prepare high performance GPEs. In GPEs, the salt generally provides free/mobile ions which take part in the conduction process where the solvent helps in solvating the salt and also acts as a conducting medium.
In this thesis project, a novel high performance organic-inorganic hybrid electrolytes with high ionic conductivity and wide electrochemical stability window (-0.5V to > 5 V), superior thermal and mechanical properties was developed.
Firstly, a (3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane modified benzophenon – 3,3',4,4' tetracarbocylic dianhyride and 4,4' – oxdianiline based polyamic acid was preperad. Then graphene oxide and partly hydrolyzed triethoxysilane terminated poly (dimethoxysilane) were added. To obtain covalently bonded interconnected porous polyimide nanofibers, polyamic acid solution was electrospinned followed by thermal imidization. Secondly, a UV curable formula which consists Bisphenol A ethoxilate dimethacrylate, poly(ethylene glycol dimethacrylate) and 3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate was applied to these fibers and then cured with UV light.   After curing process these UV cured films were put into 0,5M LiFP6 salt solution which was prepared with the solvent mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate (1:1 v/v) and organic – inorganic hybrid electrolytes were obtained with the absorption of the salt solution. Using the sol-gel reactions a network consist an organic-inorganic hybrid system was obtained. Chemical structure was analyzed with infrared spectroscopy.The conductivity of prepared films was measured with electrochemical impedance spectrometry and the electrochemical stability was analyzed with linear sweep voltametry. Thermal stability of these electrolytes was analyzed by thermogravimetry and differential scanning calorimetry methods.