Politiyofen polimerler ve bunların organik radikal pillerde ve manyetik malzemelerdeki uygulamaları

Abstract

Günümüzde ticari olarak satılan piller zehirli madde içermeleri, çevreye olan zararlı etkileri, patlayıcı olmaları ve uzun süre kullanımlarından sonra karşılaşılan kapasite kayıpları gibi birçok sorunu bünyesinde taşımaktadır. Temiz enerji uygulamaları ve bu mevcut sorunların ortadan kaldırılabilmesi için organik malzemelerden yapılan pil elektrotları büyük potansiyel taşımaktadır. Bu fikirler ışığında üretilen Organik Radikal Piller (ORB) çok sayıda şarj-deşarj döngüsü boyunca iyi bir performansla sağladıkları yüksek enerji yoğunluğu ve zehirsiz oluşlarıyla şarj edilebilir pil teknolojisi için yeni ve çok iyi birer adaydırlar. Bu tür pillerde, organik radikalleri polimer zincirleri üzerinde taşıyan yarı iletken polimerlerin grafit gibi iletkenlerle karıştırılmasıyla elde edilen malzemeler ORP'lerde elektrot olarak kullanılmaktadırlar. Kullanılan kompozit malzemeler sonucunda piller iyon transferi yerine elektron transferi ile iş görmektedirler.Bu tez çalışmasında, tiyofen halkası üzerinde kararlı radikalleri taşıyan farklı tiyofen monomerleri sentezlendi. Sentezlenen monomerler oksidatif polimerizasyon metodu ile polimerleştirildi. Monomerlerin ve polimerlerin karakterizasyonunda FT-IR, UV-vis spektroskopi, 1H-NMR, 13C-NMR, Kütle spektrometrisi, Elementel analiz ve ESR cihazları kullanıldı. Ayrıca sentezlenen polimerlerin; ortalama molekül ağırlıkları ve polidispersite indisleri GPC, termal davranışları TGA ve redoks davranışları CV cihazları ile karakterize edildi. Sentezlenen polimerler iletkenlik arttırıcı malzemelerle karıştırılarak katot malzemesi olarak düğme pillerde kullanıldı ve pillerin şarj-deşarj özellikleri incelendi.Nowadays, commercial batteries have many problems such as; their toxic substances containing harmful effects to the environment, being explosive and the loss of their capacity after long-term usage. To overcome these problems, clean energy applications and organic materials as battery electrode have great interest. In the light of these ideas, Organic Radical Battery (ORB) is an important candidate for rechargeable battery technology with their properties of high energy density with many times charge-discharge cycle performance and being non-toxic. In these types of batteries, mixed composites of semiconducting polymer chains with organic radicals and conducting graphite are used as electrodes in ORP. The working principle of these batteries is electron transfer instead of ion transfer because of using composite materials.In this thesis, novel thiophene monomers with stable radicals were synthesized. The synthesized monomers were polymerized by method of oxidative polymerization. The monomers and their polymers were characterized by FT-IR, UV-vis spectroscopy, 1H-NMR, 13C-NMR, Mass spectrometry, Elemental analysis and ESR. Moreover, average molecular weights of the synthesized polymers and polydispersity indices were determined by GPC. Their thermal and redox behaviors were analyzed by TGA and CV, respectively. The synthesized polymers were mixed with the materials capable of increasing the conductivity and used as cathode material and finally, coin-sized cells were constructed by using these polymers as cathodes and tested for their charging and discharging properties.