Fabricación y caracterización de membranas de polialcohol de vinilo (PVOH) y polietilenglicol : PEG600, PEG1000 y PEG1500 dopados con perclorato de litio LICIO4

摘要

En este trabajo se fabricaron membranas sólidas de polímeros electrolitos y se realizó su caracterización micro-estructural -- Se usaron como matrices poliméricas Polialcohol de vinilo (PVOH) y el Polietilenglicol (PEG), este último con diferentes pesos moleculares de 600, 1000 y 1500 -- El material electrolito encargado de aportar los iones al sistema es el Perclorato de Litio (LiClO4) adicionado a diferentes concentraciones -- La preparación de las membranas se elaboró por medio de disolución y agitación magnética -- La caracterización de las membranas por análisis térmico mediante calorimetría de barrido diferencial (DSC), demuestran que el Perclorato de Litio (LiClO4) modifica la estructura cristalina. Al adicionar el electrolito se forman sales complejas con la estructura del polímero, disminuyendo la cristalización y difuminando la temperatura de fusión -- La sal aumenta la movilidad de los segmentos de cadena, ya que se presenta un desplazamiento de la temperatura de transición vítrea (Tg) de 80oC a menores valores de aproximadamente 55oC -- Cuando se adiciona PEG el desplazamiento de la Tg es más pronunciado, mostrando que el Polietilenglicol mejora la movilidad en los sistemas con LiClO4 -- El comportamiento pseudoplástico de las membranas se mostró por medio del análisis reológico, donde se ve reducida la viscosidad al aumentar la velocidad de deformación -- El comportamiento del módulo de almacenamiento versus el módulo de pérdida en función de la temperatura, revelan que los sistemas de polímeros electrolitos son estables mecánicamente a partir de temperatura ambiente hasta alcanzar aproximadamente los 140oC -- Cuando se modifica el sistema con el aumento del peso molecular del Polietilenglicol, la temperatura a la cual cae el módulo de almacenamiento es mayor mostrando que el aumento en el peso molecular del PEG modifica mayormente la movilidad molecular -- El comportamiento eléctrico de las membranas de polímeros electrolitos fué analizado mediante Impedancia AC -- El sistema conformado con PEG1500: PVOH40% + PEG1500-30% + LiClO4-30 %, evidenció una mejora de la movilidad de iones a través de las cadenas con el aumento en el peso molecular -- Se obtuvo un mayor valor de conductividad iónica a temperatura ambiente de 4, 60x10-3Scm-1 para el sistema con mayor contenido de sal -- Los resultados se ajustaron a los modelos VTF y Arrhenius, por medio de los cuales se obtuvieron los valores de la energía de activación para las membranas -- A medida que aumenta el contenido de la sal la energía de activación disminuye y a mayor peso molecular del PEG se requiere menos energía para que los iones de Litio pasen de un lugar a otro -- En el estudio de relajación dieléctrica para este tipo de materiales, se determinó que el transporte de iones depende de la frecuencia obedeciendo la ley de Jonscher -- La permitividad dieléctrica mostró que a bajas frecuencias las membranas se polarizan a largo alcance por efecto de los electrodos bloqueantes, el cual aumenta con la adición del Perclorato de Litio -- A altas frecuencia el movimiento de los portadores de carga son más rápidos dando lugar a tiempos de relajación bajos a corto alcance, esto es determinado mediante el módulo dieléctrico -- Con el estudio de la relajación dieléctrica en el dominio del tiempo, se realizó ajuste a los datos de la parte imaginaria del módulo dieléctrico al modelo Kohlrausche-William-Watts (KWW) y se mostró que el pico en el módulo dieléctrico (M”) respecto a la frecuencia muestra que el proceso de relajación se ha activado térmicamente -- Por último, la conductividad para altas frecuencias según Jonscher indican que para estos materiales están correlacionados el movimiento de los iones con las propiedades de relajación a altas frecuencias