Proton conducting polymer electrolytes on the basis of poly(vinylphosphonic acid)-imidazol and benzimidazole

Abstract

Susuz proton ileten polimer elektrolitler imidazol'un (İM) ve benzimidazol'un (Blm) poli(vinilfosfonik asit) içerisine çeşitli stokiyometrik oranlarda, x, dop edilerek PVPA x İM ve PVPA x Blm membranları elde edildi (x imidazol ve benzimidazolun mol sayılarının tekrar eden polimer gruplarının mol sayılarına oranı). Karışımlar içinde bulunan heterosiklik gruplardaki serbest azot uçlarının protonlanması FT-IR ile doğrulandı. Termogravimetrik analiz (TG) PVPA x İM ve PVPA x Blm karışımlarının sırasıyla 150°C ve 200°C'ye kadar sıcaklığa dayanıklı olduklarını gösterdi. Bunların camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) yöntemiyle bulundu. Sıcaklığa bağlı değişken akım (AC) iletkenlikleri empedans spektroskopi ile ölçüldü. Frekansa karşı AC iletkenlik grafiklerindeki platoların sıfır frekansa karşı extrapolasyonundan doğru akım (DC) iletkenlikleri elde edildi, imidazol karışımlarının DC iletkenlikleri x miktarının artmasıyla artıyor ve x = 2 için 130°C'de yaklaşık olarak 5 x 10`3 S/cm değerine ulaştı. PVPA x Blm karışımlarının maksimum iletkenlikleri 150°C'de yaklaşık olarak 10 S/cm değerindedir. Keywords : Poly(vinilfosfonik asit), imidazol, benzimidazol, karışımlar, proton iletkenliği, termal özellikler.

Anhydrous proton conducting polymer electrolytes have been prepared by doping of poly(vinylphosphonic acid), PVPA with imidazol, IM and benzimidazol, BIm in with stoichiometric ratios, x, to form PVPA x IM and PVPA x BIm, where x is the number of moles of IM and BIm per moles of polymer repeat unit. The IR study indicates the protonation of heterocyclic units from the `free nitrogen` side. Thermogravimetric analysis (TG) illustrates that PVPA x IM and PVPA x BIm blends are thermally stable up to 150°C and 200°C, respectively. The glass transition temperature of the blends were detected via differential scanning calorimetry (DSC). Temperature dependence of the alternating current (AC) conductivities were investigated by means of impedance spectroscopy. The direct current conductivites (DC) were obtained from the AC conductivity data. It was observed that DC conductivity increases with doping ratio of IM reaching ~ 5 x 10`3 S/cm for x = 2 at 130°C. Maximum conductivity of PVPA x BIm blends were found to be approximately 10`3S/cmatl50°C. Keywords : Poly(vinylphosphonic acid), imidazole, benzmidazole, blends, proton conductivity, thermal properties.