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博碩士論文 etd-0714103-013011 詳細資訊
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論文名稱 Title |
全固態硬桿式聚電解質的離子導電性和電化學反應
Ionic Conductivity and Electrochemical s Reactions of Rigid-Rod Solid Polyelectrolytes |
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系所名稱 Department |
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畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
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學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
80 |
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研究生 Author |
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指導教授 Advisor |
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召集委員 Convenor |
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口試委員 Advisory Committee |
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口試日期 Date of Exam |
2003-07-04 |
繳交日期 Date of Submission |
2003-07-14 |
關鍵字 Keywords |
聚電解質、溫度、硬桿式、離子導電性 Temperature, Rigid-rod, Ionic conductivity, Polyelectrolyte |
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統計 Statistics |
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中文摘要 |
摘 要 sPBI是一以苯環和異環基交替對位連結為主鏈的高分子結構，其整個分子形成桿式的構型，而且有極高的機械性質、熱氧化穩定性，及溶劑安定性，sPBI並可進一步提高其溶解度及離子導電度，故成為全固態硬桿式聚電解質的前驅物。 本研究以sPBI高分子為主體，選用兩種不同的鋰鹽 LiCF3SO3和LiN(CF3SO2)2用蒸餾過的甲基磺酸為溶劑，以鋰離子和高分子的重量百分比，分別調成0.0、0.989、4.76、9.09、15.0、20.0及23.1 wt. %的摻雜濃度，再將溶劑抽乾製成固態聚電解質薄膜。在室溫時， LiN(CF3SO2)2摻雜劑在15.0 wt. %時有最高平行於膜面之直流導電度( |
Abstract |
ABSTRACT sPBI is a heterocyclic aromatic polymer assuming a para- catenated backbone yielding a rod-like configuration. Because of its rigidity, this rod-like molecule displays superior mechanical tenacity, thermo-oxidative stability, and solvent resistance. It is also the precursor of rigid-rod solid polyelectrolyte exhibiting high solubility and superior ionic conductivity. Isotropic solution were prepared by dissolving sPBI in distilled methanesulfonic acid containing 0.0, 0.989, 4.76, 9.09, 15.0, 20.0, 23.1 wt. % lithium ion of dopants of LiCF3SO3 or LiN(CF3SO2)2. The room-temperature DC conductivity of sPBI cast film doped with 15.0 wt. % LiN(CF3SO2)2 parallel ( |
目次 Table of Contents |
目 錄 目錄 Ⅰ 圖目錄 Ⅲ 表目錄…………………………………………………………… ……..Ⅷ 壹、緒論…………………………………………………………………1 1-1 前言………………………………………………… ……… ..1 1-2 高分子電解質的發展……………………………… ………...4 1-3 固態聚電解質之特性……………………………… ………...6 貳、研究動機 9 參、實驗技術與原理 16 3-1 樣品製備 16 3-1-1 高分子之合成………………………………..… ….16 3-1-2 固態聚電解質薄膜的製備………………………....16 3-1-3 混摻鋰鹽的濃度表示法……………….…...…… .18 3-2 分析儀器應用理論………………………………………..19 3-2-1 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy，SEM)………………………… …..….19 3-2-2 直流(Direct Current，DC)導電度…………………..20 3-2-3 交流阻抗(Alternating Current Impedance， AC-Impedance)......................................................... 22 3-2-3a 電化學阻抗圖譜理論…………..………22 3-2-3b 等效電路(Equivalent Circuit)…….…….26 3-2-4 循環伏安法(Cyclic Voltammetry，CV)…………….32 3-3 實驗方法.................................................................................34 3-3-1 形態(Morphology)微結構檢視…...…..............….34 3-3-2 直流(Direct Current，DC)導電度……....……..….35 3-3-3 交流阻抗(Alternating Current Impedance， AC-Impedance)………….....................................….36 3-3-4 溫度與導電度(Temperating and Conductivity)…....37 3-3-5 循環伏安法(Cyclic Votammetry)…..................….38 肆、實驗結果與討論………………………………………...………..39 4-1 形型態微結構檢視…………........………………………….39 4-2 平行於膜面的直流導電度.....................................................42 4-3 溫度與垂直於膜面直流導電度.............................................52 4-3 氧化與還原電位.....................................................................70 伍、結論....................................................................................................76 陸、參考文獻............................................................................................78 圖目錄 圖1-1 各種二次電池之能量比較圖..................................................4 圖1-2 (a)PEO晶體helical結構，(b)鈉離子經由helical內移動........5 圖1-3 鋰離子藉由高分子鏈段的運動性來達到傳遞的目的..........6 圖2-1 先進電解質的導電度與溫度關係圖....................................11 圖2-2 雜環芳香烴硬桿式PBX高分子的化學結構.......................12 圖2-3 sPBI硬桿式高分子結構........................................................13 圖2-4 sPBI-PS硬桿式聚電解質分子結構......................................13 圖2-5 sPBI硬桿式聚電解質薄膜結構示意 圖：(a) 俯視，和(b)橫截面....................................................15 圖3-1 四點探針測量示意圖............................................................21 圖3-2 (a)電阻、及(b)電容的等效電路圖及Nyquist diagram..........28 圖3-3 (a)串聯、及(b)並聯的等效電路圖及Nyquist diagram..........28 圖3-4 阻塞性電極的等效電路圖及Nyquist diagram.....................31 圖3-5 非阻塞性電極的等效電路圖及Nyquist diagram.................32 圖3-6 循環伏安法三角形電位波圖................................................33 圖3-7 循環伏安圖(Epc為還原電位、Epa為氧化電位、 ipc為還原電流、ipa為氧化電流)............................................34 圖3-8 八點探針法示意圖................................................................36 圖4-1 硬桿式聚電解質sPBI薄膜橫截面SEM圖..........................40 圖4-2 硬桿式聚電解質sPBI薄膜再放大之SEM圖......................40 圖4-3 硬桿式聚電解質sPBI-PS(Li+)薄膜橫截面SEM圖.............41 圖4-4 未摻雜的硬桿式聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓 曲線........................................................................................43 圖4-5 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量0.989 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................44 圖4-6 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量4.76 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................44 圖4-7 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量9.09 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................45 圖4-8 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................45 圖4-9 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量20.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................46 圖4-10 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量23.1 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................46 圖4-11 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量0.989 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................47 圖4-12 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量4,76 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................47 圖4-13 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量9.09 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................48 圖4-14 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................48 圖4-15 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量20.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................49 圖4-16 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量23.1 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜之室溫電流-電壓曲線..........................49 圖4-17 摻雜不同濃度LiCF3SO3及LiN(CF3SO2)2摻雜劑的硬 桿式聚電解質sPBI薄膜的室溫直流導電度比較圖...........51 圖4-18 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜於之25oC使用阻塞性電極 的交流阻抗圖........................................................................53 圖4-19 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿 式聚電解質sPBI薄膜於25oC之使用阻塞性 電極的交流阻抗圖................................................................54 圖4-20 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜於40oC之使用阻塞性電極 的交流阻抗圖........................................................................55 圖4-21 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜於60oC之使用阻塞性電極 的交流阻抗圖........................................................................56 圖4-22 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜於80oC之使用阻塞性電極 的交流阻抗圖........................................................................56 圖4-23 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜於100oC之使用阻塞性電極 的交流阻抗圖........................................................................57 圖4-24 摻雜LiCF3SO3 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿式 聚電解質sPBI薄膜於120oC之使用阻塞性電極 的交流阻抗圖........................................................................57 圖4-25 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿 式聚電解質sPBI薄膜於40oC之使用阻塞性電 極的交流阻抗圖....................................................................58 圖4-26 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿 式聚電解質sPBI薄膜於60oC之使用阻塞性電 極的交流阻抗圖....................................................................58 圖4-27 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿 式聚電解質sPBI薄膜於80oC之使用阻塞性電 極的交流阻抗圖....................................................................59 圖4-28 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿 式聚電解質sPBI薄膜於100oC之使用阻塞性電 極的交流阻抗圖....................................................................59 圖4-29 摻雜LiN(CF3SO2)2 (鋰離子含量15.0 wt. %)的硬桿 式聚電解質sPBI薄膜於120oC之使用阻塞性電 極的交流阻抗圖....................................................................60 圖4-30 摻雜不同濃度LiCF3SO3摻雜劑的硬桿式聚電解質 sPBI薄膜在不同溫度下垂直膜面導電度( |
參考文獻 References |
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