Elektroaktivni materiali na osnovi pirazinskih in kinonskih enotMenart, Svit (Avtor) Pirnat, Klemen (Mentor) Iskra, Jernej (Komentor) akumulatorjikinonpirazinorganski katodni materialiTrenutno uporabljani akumulatorji v električnih avtomobilih vsebujejo anorganske katodne materiale na osnovi kovin prehoda. Kot alternativo anorganskim katodnim materialom se v zadnjih letih izpostavlja organske katodne materiale, katerih prednost predstavljajo nižja cena, višja teoretična kapaciteta, večja okoljska sprejemljivost in možnost uporabe virov iz biomase. Sintetizirali smo več organskih katodnih materialov na osnovi pirazinskih in kinonskih enot ter njihovo delovanje preizkusili z galvanostatskimi meritvami v modelnem litijevem akumulatorju, del smo jih preizkusili tudi v modelnem magnezijevem akumulatorju. Sintetizirani 5,14-dihidro-5,7,12,14-tetraazapentacen (DHTAP) na osnovi pirazinskih enot je v prvih ciklih v modelnem litijevem akumulatorju dosegel specifično kapaciteto 180 mAhg-1, ki je blizu teoretični. V strukturo smo z oksidacijo »dodali« kinonske enote, s čimer je 5,7,12,14-tetraaza-6,13-pentacenkinon (TAPK) v modelnem litijevem akumulatorju v prvi praznitvi dosegel specifično kapaciteto 324 mAhg-1 pri višji napetosti kot DHTAP. Pri obeh sintetiziranih spojinah smo med galvanostatskimi meritvami opazili postopno upadanje specifične kapacitete zaradi odtapljanja aktivnega materiala v elektrolit. Problem topnosti katodnega materiala v elektrolitu smo reševali z vključitvijo osnovne strukturne enote DHTAP v povečan zvezdast analog, kjer smo za sintezo uporabili heksaketocikloheksan oktahidrat, derivat mio-inozitola, ki ga je možno pridobiti iz biomase. S tem smo povečali stabilnost delovanja in hkrati povečali tudi specifično kapaciteto, ki je dosegla 230 mAhg-1 in se v 100 ciklih ni bistveno spremenila. Zvezdastemu analogu smo z oksidacijo, analogno kot pri manjšem TAPK, v strukturo »dodali« kinonske enote. Učinek je bil slabši od pričakovanega, saj je s K2Cr2O7 oksidiran produkt v prvi praznitvi dosegel 173 mAhg-1, kar je skoraj polovico manj od TAPK, hkrati pa je bil material kljub večji velikosti molekule topen v elektrolitu, kar je privedlo do postopnega upadanja specifične kapacitete. Z reakcijo med 2,3-diaminofenazinom in 2,5-dihidroksi-1,4-benzokinonom smo poskušali sintetizirati povečan dimerni analog DHTAP. Z MALDI-TOF masno spektrometrijo smo ugotovili, da sinteza ni bila uspešna, produkt pa najverjetneje vsebuje oligomere 2,3-diaminofenazina. Produkt smo preizkusili v modelnem litijevem akumulatorju, kjer je dosegel stabilno kapaciteto, ki je po 100 ciklih znašala 187 mAhg-1. Najpogosteje uporabljeni pristop za zmanjšanje topnosti katodnega materiala v elektrolitu predstavlja oligomerizacija/polimerizacija osnovne strukturne enote; v ta namen smo s kondenzacijsko reakcijo med heksaketocikloheksan oktahidratom in tetraamino-p-benzokinonom poskušali v polimer/oligomer hkrati vključiti kinonsko in pirazinsko strukturo. Sintetizirani material je v modelnem litijevem akumulatorju dosegel slabšo specifično kapaciteto od pričakovane, okoli 120 mAhg-1, a z boljšo stabilnostjo, saj nismo opazili odtapljanja aktivnega materiala v elektrolit.20202020-09-11 09:45:09Magistrsko delo/naloga119796sl