Synthese und Untersuchung von redoxaktiven Polymeren für die Anwendung als Elektrodenmaterialien in organischen Batterien

Abstract: Diese Arbeit gliedert sich in zwei Forschungsthemen, beginnend mit der Synthese und Untersuchung von Redox-Polymeren als Elektrodenmaterialien für organische Batterien. Zu diesem Zweck wurden drei redoxaktive Gruppen untersucht: Phenothiazin (PT) wurde als p- Typ-Material verwendet, während Dibenzocyclooctatetraen (DBCOT) und Thioxanthon (TX) wegen ihrer Elektronenspeicherfähigkeiten als n-Typ-Materialien verwendet wurden. Phenothiazin ist bekannt für seine Fähigkeit, zwei Elektronen abzugeben, was es als Batteriematerial geeignet macht, jedoch blieb die zweite Oxidation mit den bis heute synthetisierten Derivaten in diesen Systemen instabil. Um die Stabilität der kationischen Form zu verbessern, wurden verschiedene arylsubstituierte Phenothiazine synthetisiert und elektrochemisch untersucht. Das vielversprechendste wurde in eine Polymerstruktur eingeführt, für die Messung in Batteriesystemen, jedoch führte die hohe Löslichkeit des Polymers zu unzureichenden Leistungen und erforderte eine Optimierung. Ein vernetztes Derivat konnte die volle Kapazität der ersten Oxidation erreichen, die zweite blieb jedoch irreversibel. Durch die Erweiterung der Flexibilität der Seitengruppen mit einem Phenylspacer wurde die Leistung verbessert, verglichen zum linearen Analogon-Polymer, aber die zweite Oxidation blieb selbst bei einem quervernetzten Derivat irreversibel. COT zeigt aufgrund seines tiefliegenden Redoxpotentials und seiner Fähigkeit, zwei Elektronen zu speichern, vielversprechende Eigenschaften als Anodenmaterial für organische Batterien, jedoch führte die Instabilität des geladenen Zustands zu einer Umlagerung und Irreversibilität der Redoxreaktion. Um diese Reaktion zu verhindern, wurde die Struktur mit Phenyleinheiten modifiziert, was zu DBCOT führte, dass in zwei Polymerstrukturen mit unterschiedlichen Hauptketten eingebaut und schließlich elektrochemisch untersucht wurde. Die Messung in Lösung zeigte Redoxaktivitäten, die aber mit dem Material unter Batteriebedingungen nicht reproduziert werden konnten. Trotz Strukturoptimierung durch unlösliche Polymere und Änderung der Elektrodenzusammensetzung konnte die volle Redoxaktivität von DBCOT nicht erreicht werden. Aufgrund seiner verwandten chemischen Struktur mit den heute verwendeten organischen Batteriematerialien könnte Thioxanthon TX vielversprechend für die Ladungspeicherung sein. Die elektrochemische Aktivität in Lösung konnte nachgewiesen werden und konnte unter Verwendung chemischer Modifikation, zusätzliche Redoxprozesse beobachten was die mögliche Anwendung als Batteriematerial bekräftigte. Beide Strukturen TX und TXO konnten nach Optimierung der Reaktionsbedingungen für die Untersuchung in Batteriesystemen in polymere Strukturen eingebaut werden, jedoch verschwand die Redoxaktivität nach wenigen Zyklen, und auch nach Variation der Messbedingungen konnte kein reversibles Verhalten beobachtet werden. Schließlich wurde die Passivierung von Silizium als potentieller Heteroübergang für Solarzellen unter Verwendung organischer Moleküle untersucht. Zu diesem Zweck wurde die Oberfläche geätzt, gefolgt von der Funktionalisierung langer Alkylketten auf die Oberfläche mittels der Hydrosilylierungsreaktion. Als Indikator für die Qualität der Oberfläche diente die Lebensdauer der nach dem Beleuchten des Wafers entstandenen Ladungsträgers. Um diese Lebensdauer zu verbessern, wurden die Reaktionsbedingungen variiert und eine Nachmodifizierung der Monoschicht durchgeführt. Da permanente Dipole bekanntermaßen die Selektivität der Ladungsträger während ihres Transports zur jeweiligen Kontaktelektrode in Solarzellen verbessern, wurde am Ende der Alkylketten die Aminosäure Histidin angebracht

Angaben zum Objekt

• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: Online-Ressource
• Sprache: Deutsch
• Anmerkungen: Universität Freiburg, Dissertation, 2022

Klassifikation und Themen

• Schlagwort: Katalysator ; Chemische Synthese ; Polymere ; Lithium-Ionen-Akkumulator ; Redoxpolymere

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): Freiburg
• (wer): Universität
• (wann): 2025
• Urheber: Desmaizieres, Gauthier
• Beteiligte Personen und Organisationen: Esser, Birgit ; Krossing, Ingo ; Jessen, Henning Jacob ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Chemie und Pharmazie

Weitere Informationen

• DOI: 10.6094/UNIFR/261801
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2618013
• Rechteinformation: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 15.08.2025, 07:29 MESZ