Der Ladungstransport in polymeren Gelelektrolyten

Abstract

Ausgehend von der Entwicklung wiederaufladbarer Lithiumbatterien beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit Grundlagenproblemen von für diesen Zweck geeigneten polymeren Elektrolytsystemen. Die Herstellung der Gelelektrolytfilme erfolgte durch radikalische photoinitierte Polymerisation geeigneter Monomere (Oligo(ethylenglycol)ndimethacrylate, deren Copolymerisation mit polaren Comonomeren wie Acrylnitril, Cyanomethylmethacrylat bzw. Cyclocarbonatopropylmethacrylat, sowie alternierende Copolymerisation von Tetra(ethylenglycol)4divinylether mit Maleinsäureanhydrid) in Gegenwart einer flüssigen Komponente (verschiedene Oligo(ethylenglyol)ndimethylether, Propylencarbonat) und dem Leitsalz (LiCF3SO3). Auf der Grundlage von strukturellen und thermischen Untersuchungen (DSC, DMA, AFM und Positronenlebensdauerspektroskopie), der Charakterisierung der Ionenassoziation (Raman-Spektroskopie), der Bestimmung von Leitfähigkeit (Impedanzspektrometrie, DK) und Selbstdiffusion (7Li-, 19F- und 1H - pulsed field gradient - NMR) sowie des Anteils der Kationen am Ladungstransport (t+) wurden Struktur- und Eigenschaftsbeziehungen aufgestellt. Die elektrochemischen Eigenschaften der Elektrolyte wurden mittels Zyklovoltammetrie und durch Zyklisierung von Lithiumionenbatterien charakterisiert.

This work focuses on fundamental problems of gel electrolytes studied concerning their application in rechargeable lithium batteries. Gel electrolyte films were prepared by photopolymerization of appropriate monomers (oligo(ethylene glycol)n dimethacrylates, their copolymerization with polar comonomers, i. e. arcylonitrile, cyanomethyl methacrylate, cyclocarbonatopropyl methacrylate as well as the alternating copolymerization of oligo(ethylene glycol)4divinylether with maleic anhydride) in the presence of a liquid component, (various oligo(ethylene glycol)n dimethylether, PC) and a salt (LiCF3SO3). Relationships between the structure of the gel electrolytes and their properties were established on the basis of structural and thermal investigations (DSC, DMA, AFM and positron annihilation lifetime spectroscopy), the characterization of the ionic assoziation (Raman spectroscopy), the measurement of the ionic conductivity (impedance spectrometry, DK) and self-diffusivity (7Li-, 19F- and 1H- pulsed field gradient - NMR) and the determination of the cationic transference number (t+). The electrochemical properties of the electrolytes were also characterized by cyclic voltammetry and cyclisation of lithium ion batteries.