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Projekt
Nanostrukturierte Blockcopolymer-Gelelektrolyte basierend auf Polyethern
Antragsteller
Professor Dr. Felix H. Schacher
Fachliche Zuordnung
Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455748945
Ziel dieses Projekts ist es, nanostrukturierte Blockcopolymer-Gele für die Verwendung als Elektrolyte in polymerbasierten Batterien und elektrischen Doppelschichtkondensatoren zu entwickeln. Diese Materialien verfügen über selbstheilende Eigenschaften, wobei die gebildete Nanostruktur zusätzlich die Wiederherstellung der funktionellen Eigenschaften nach mechanischer Beschädigung ermöglicht. Zu diesem Zweck werden amphiphile ABC-Triblockterpolymere auf Basis von Polyethern mit einem (kovalent) vernetzbaren Block A (Furfurylgruppen für Diels-Alder-Reaktionen oder Alkine für die Kupferkatalysierte Azid-Alkin-Chemie), einem Block B, der sowohl in organischen als auch in wässrigen Elektrolyten löslich ist und die Ionenbeweglichkeit ermöglichen soll (z.B. Poly(methylglycidylether)), und einen Block C, der auf geladene Monomere basiert und für reversible (nicht kovalente) Vernetzungen durch Kombinationen von Carboxyl- und Aminogruppen oder alternativ zwitterionischen Comonomeren sorgt. Die Selbstorganisation in wässrigen Medien führt dann zu Kern-Schale-Corona-Mizellen, wobei der kernbildende Block A zur weiteren Verbesserung der nanostrukturierten Form durch kovalente Bindungen vernetzt werden kann, während der C-Block weitere Vernetzungen auf der Grundlage elektrostatischer Anziehungskräfte ermöglicht. Hier soll eine ABC-Triblockterpolymer-Mizelle, die beispielsweise anionische Carboxylgruppen im C-Block trägt, mit den antagonistischen Mizellen kombiniert werden, die analog dazu kationische Aminogruppen im C-Block besitzen. Diese ionischen Wechselwirkungen können einerseits zur Bildung eines definierten Netzwerks oder Gels führen, andererseits ist ihre dynamische Natur die Grundlage für den gewünschten Selbstheilungseffekt. Darüber hinaus ermöglicht der mittlere B-Block die Diffusion von Ionen durch das Gel, die sowohl vor der Schädigung als auch nach der Selbstheilung auf einem gleichbleibenden Niveau sein soll.Die Synthese erfolgt durch eine Kombination aus sequentieller lebender anionischer Polymerisation der jeweiligen Glycidylether-Monomere (d.h. Furfuryl- oder Alkynylglycidylether für Block A, z.B. Methylglycidylether für Block B und Allylglycidylether für Block C), gefolgt von einer Seitenkettenmodifikation des C-Blocks mittels Thiol-En-Click-Chemie, um die geladenen Wiederholungseinheiten zu realisieren. Die Charakterisierung wird in diesem Projekt eine wichtige Rolle spielen, angefangen von der umfassenden Analyse der ABC-Triblock-Terpolymere bis hin zur Herstellung der entsprechenden Gele, einschließlich der Untersuchung der Vernetzungseffizienz und der Prüfung der Stabilität sowie morphologischer Studien. Darüber hinaus soll die Funktionalität, d.h. die Ionenleitfähigkeit, der Gele im Hinblick auf die Diffusion von Ionen genau verstanden werden, um den Selbstheilungsprozess zu bewerten. Schließlich sollen die Gelelektrolyte als neue Elektrolytmaterialien in Testbatterien für grundsätzliche Machbarkeitsstudien eingesetzt werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
