Elektropolümeriseeritavad dielektrilised polümeerid

Lisa lingid
Allikas: Vikipeedia
Lähteained: tsüaniid, tsüanaat, tiotsüanaat, ditsüaanamiid, tritsüanometaniid, tetratsüanoboraat.

Elektropolümeriseeritavad dielektrilised polümeerid tekivad elektrivoolu toimel sobivas elektrolüüdis kui rakendatav pinge on piisavalt kõrge, et põhjustada elektrolüüdis sisalduva ühendi (anioon, katioon või neutraalne ühend) polümeriseerumist. Tuntuimad näited on CN funktsionaalrühma sisaldavate anioonide, näiteks ditsüaanamiidaniooni (N(CN)2–) polümeriseerumine [1].

Elektrivool on võimas redutseerija või oksüdeerija ja elektrokeemiliselt lagunevad enamik aineid, kuid enamasti tekivad elektrolüüsi toimel gaasid või väikese molekulmassiga laguproduktid. Näiteks vee elektrokeemilisel lagunemisel tekivad gaasilised hapnik ja vesinik. Kui EMImBF4 ioonvedelikule rakendada pinge üle 3,5 V, lagunevad nii anioon kui ka katioon, tekitades gaasilisi ja ioonvedelikus lahustuvaid aineid [2]. Laialdaselt on tuntud ka elektrit juhtivad polümeerid, mida saadakse elektrokeemilisel polümeriseerumisel, näiteks polüpürrool.

Tsüaniid- või nitriilrühma polümeriseerumine[muuda | muuda lähteteksti]

Orgaanilisi tsüaniide nimetatakse nitriilideks. Tsüaniid- või nitriilrühma sisaldavad anioonid polümeriseeruvad elektrivoolu toimel, kuid tekkivad ühendid on erinevate omadustega.

Tekkinud pDCA kaitsekiht ditsüaanamiid-grafeen hübriidkondensaatoris.
  • Kui ditsüaanamiidaniooni sisaldavale ioonvedelikule rakendada pinge üle 1,7 V vs. C (süsinikust võrdluselektroodi suhtes), tekib positiivselt laetud süsinikelektroodile tihe polüditsüaanamiidi (pDCA) kiht. Ditsüaanamiidanioon polümeriseerub järgnevalt:
nN(CN)2– → [C(NCN)]n + n/2N2 + ne–
Tekkiv pDCA kiht on dielektrik, 10 V pinge korral on tekkiva polümeeri kihi paksus 38 nm ja kihi paksus muutub lineaarselt rakendatava pingega. Seetõttu saab nüüd positiivselt laetud elektroodile rakendada palju kõrgemat pinget ilma uute laguproduktide tekketa. Konstrueeriti grafeenelektroodidega ja BMPDCA ioonvedelikuga hübriidkondensaator, millele saab rakendada pinget 4 - 10 V, mis on tunduvalt kõrgem kui superkondensaatoritele rakendatav pinge kuni 3,2 V.
B(CN)4– ja BF4– anioonidega ioonvedelike segu lagunemine elektrolüüsil. B(CN)4– anioon polümeriseerus tahkeks polümeeriks, kuid BF4– aniooni samaaegsel lagunemisel tekkis gaasiline ühend.
  • Kui tetratsüanoboraataniooni (B(CN)4–) sisaldavale ioonvedelikule rakendada pinge üle 2,1 V vs. C, siis tekib positiivselt laetud süsinikelektroodile polütsüanoborani (pTCB) kiht, mis on ka dielektriliste omadustega, kuid veidi hõredama struktuuriga kui pDCA [3]. On pakutud välja meetod superkondensaatorite ja akude ohutumaks muutmiseks kui elektrolüüti on lisatud B(CN)4– aniooniga ühendit, mis ülepinge korral polümeriseerub ja takistab aku süttimist. B(CN)4– aniooni polümeriseerumine kulgeb järgnevalt:
nB(CN)4– → [B(CN)3]n[C(CN)N]1/2n + ne–
  • Elektrokeemiliselt polümeriseeruvad ka tsüanaatanioon (OCN–), tiotsüanaatanioon (SCN–) ja tritsüanometaniidanioon (C(CN)3–) kuid tüüpiliselt ei teki vastav polümeer mitte tiheda kihina, vaid hoopis helvestena lahuses [4][5].
  • Samuti on kirjeldatud gaasilise tsüaani ((CN)2) elektrokeemilist polümeriseerumist, sealjuures tekkiv polümeer polütsüanogeen koorus helvestena klaassüsinikelektroodilt maha ja sellest valmistati fiibreid [6]. Tsüaani saab valmistada ka tsüaniidide elektrolüüsil [7].

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. ↑ Romann, Tavo; Oll, Ove; Pikma, Piret; Kirsimäe, Kalle; Lust, Enn (15. aprill 2015). "4–10 V capacitors with graphene-based electrodes and ionic liquid electrolyte". Journal of Power Sources. 280: 606–611. DOI:10.1016/j.jpowsour.2015.01.153. ISSN 0378-7753.
  2. ↑ Romann, T.; Oll, O.; Pikma, P.; Tamme, H.; Lust, E. (10. aprill 2014). "Surface chemistry of carbon electrodes in 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ionic liquid – an in situ infrared study". Electrochimica Acta. 125: 183–190. DOI:10.1016/j.electacta.2014.01.077. ISSN 0013-4686.
  3. ↑ Romann, T.; Anderson, E.; Pikma, P.; Tamme, H.; Möller, P.; Lust, E. (1. jaanuar 2017). "Reactions at graphene|tetracyanoborate ionic liquid interface – New safety mechanisms for supercapacitors and batteries". Electrochemistry Communications. 74: 38–41. DOI:10.1016/j.elecom.2016.11.016. ISSN 1388-2481.
  4. ↑ Krishnan, Palanichamy; Advani, Suresh G.; Prasad, Ajay K. (15. september 2011). "Synthesis and evaluation of polythiocyanogen (SCN)x as a rechargeable lithium-ion battery electrode material". Journal of Power Sources. 196 (18): 7755–7759. DOI:10.1016/j.jpowsour.2011.04.048. ISSN 0378-7753.
  5. ↑ Method of forming a dielectric through electrodeposition on an electrode for a capacitor (inglise), vaadatud 12. detsembril 2023
  6. ↑ Cyanogen polymers and pyropolymers and fibers thereof (inglise), vaadatud 12. detsembril 2023
  7. ↑ Brotherton, T. K.; Lynn, J. W. (1. oktoober 1959). "The Synthesis And Chemistry Of Cyanogen". Chemical Reviews (inglise). 59 (5): 841–883. DOI:10.1021/cr50029a003. ISSN 0009-2665.
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektropolümeriseeritavad_dielektrilised_polümeerid&oldid=6540190"