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Título: Avaliação das propriedades eletroquímicas de polímeros de enxofre através de voltametria cíclica
Autor: Almeida, Carlos Miguel Ferreira de
Orientador: Dias, Rolando
Palavras-chave: Enxofre
Vulcanização inversa
Poli(S-DIB)
Voltametria cíclica (CV)
Propriedades eletroquímicas
Cátodos
Data de Defesa: 2015
Resumo: Neste trabalho foi realizada a avaliação das propriedades eletroquímicas de copolímeros com elevado teor de enxofre, Poli(S-DIB), por voltametria cíclica (CV). Estes materiais poliméricos demonstraram preservar as propriedades eletroquímicas do enxofre com a vantagem de serem processáveis e quimicamente estáveis com potencial para serem usados em cátodos. Os copolímeros foram sintetizados por vulcanização inversa do enxofre elementar (S) com o monómero divinílico, 1,3-diisopropenilbenzeno (DIB). Foram sintetizados copolímeros com diferentes proporções de S-DIB via polimerização por radicais livres (FRP). Adicionalmente, foram obtidos materiais por polimerização radicalar controlada (CRP), nomeadamente a polimerização via transferência de cadeia reversível por adição-fragmentação (RAFT). Posteriormente foi polimerizado o monómero DIB recorrendo a iniciadores multifuncionais. O sistema de CV foi estabelecido usando o par redox Fe2+/Fe3+. A avaliação eletroquímica dos copolímeros por voltametria cíclica foi realizada em eletrólito aquoso e orgânico. No que diz respeito ao eletrólito aquoso, foi utilizada uma solução de ácido perclórico. No eletrólito orgânico foi usado o solvente N,N-dimetilformamida (DMF), aditivado com vários sais. Recorrendo ao eletrólito de DMF e tetrafluoroborato de tetrabutilamonio (TBAB) foi possível comparar as propriedades eletroquímicas dos copolímeros e do enxofre. Foi também analisado o comportamento eletroquímico dos copolímeros na presença do sulfeto de lítio (Li2S). Os copolímeros foram usados como material ativo em cátodos de células eletroquímicas (baterias) na presença de lítio metálico formando um sistema redox Li-S. Estes copolímeros foram também utilizados em contra elétrodos (cátodos) de células sensibilizadas por corantes (DSC) mesclados com materiais condutores (PEDOT:PSS e carbono condutor). Por último, foram avaliadas as suas propriedades óticas de infravermelho, por Espetroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), podendo os copolímeros ser utilizados como material polimérico com elevado índice refrativo (HRIP).
In this work was performed the assessment of the electrochemical properties of copolymers with high sulfur content, Poly(S-DIB), using cyclic voltammetry (CV). It is shown that these polymeric materials preserve the sulfur electrochemical properties with the advantage of being processable materials, chemically stable and with potential to be used in cathodes. The copolymers were synthesized through inverse vulcanization of elemental sulfur with the divinyl monomer 1,3-diisopropenylbenzene (DIB). Free radical polymerization (FRP) was considered in the synthesis copolymers with different amounts of S-DIB. Moreover, some materials were polymerized by controlled radical polymerization (CRP), especially the polymerization via reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT). Afterwards, the DIB monomer was polymerized using multifunctional initiators. The CV system was established using the redox pair Fe2+/Fe3+. The electrochemical evaluation by cyclic voltammetry was made in aqueous and organic electrolyte. As far as the aqueous electrolyte is concerned, a perchloric acid solution was used. N,N-dimethylformamide solvent (DMF) doped with different salts was used as organic electrolyte. Using the DMF and tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBAB) it was possible to compare the electrochemical properties of polymers with those correspondent to elemental sulfur. The electrochemical behavior of the copolymers in the presence of lithium sulfide (LiS2) was also studied. The copolymers were used as cathode active material in electrochemical cells (batteries) in the presence of lithium metal forming a redox Li-S system. These copolymers were also used in counter-electrodes (cathodes) in Dye-sensitized Solar Cells (DSC) mixed with conducting materials (PEDOT:PSS and conductive carbon). Finally, the IR optical properties were evaluated by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The copolymers may be used as an high-refractive-index polymer.
URI: http://hdl.handle.net/10198/12450
Designação: Mestrado em Energias Renováveis e Eficiência Energética
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