SPEs-ILs otrzymywane metodą:

7.4.1. Polimeryzacja termiczna

Polimeryzacja rodnikowa inicjowana termicznie jest również dość powszechną metodą otrzymywania SPEs-ILs, np. [9,164,166,167,173,176,181,192], jednak ilość doniesień literaturowych na jej temat jest znacznie mniejsza od tych wykorzystujących technikę rozpuszczalnikową. Typowy przykład stanowi praca zespołu M. Watanabe [9], w której w wyniku polimeryzacji inicjowanej termicznie otrzymano SPEs-ILs składający się z poli(metakrylanu metylu) oraz bis(trifluorometylosulfono)imidku 1-etylo-3-metyloimidazoliowego, a jego przewodność elektrolityczna była rzędu 10^-2 Scm^-1 w temperaturze 30^oC. A. Noda i M. Watanabe w pracy [173] wykorzystali polimeryzację inicjowaną termicznie w celu otrzymania SPEs-ILs. Wykorzystał do tego metakrylan 2-hydroksyetylu oraz tetrafluoroboran 1-butylopirolidyniowy i otrzymali przeźroczysty oraz stabilny mechanicznie SPEs-ILs o przewodności elektrolitycznej rzędu 10^-3 Scm^-1 w temperaturze 30^oC. Natomiast Z. Li i współpracownicy [166] stosując tę samą technikę otrzymywania oraz poli(metakrylan metylu) w układzie z heksafluorofosforanem N-butylo-N`-metyloimidazoliowym otrzymali SPEs-ILs o przewodności elektrolitycznej tego samego rzędu. Tiyapiboonchaiya i współpracownicy [192] otrzymali SPEs-ILs z kopolimeru octanu winylu i winylopirolidonu oraz bis(trifluorometylosulfono)imidku 1-etylo-3-metyloimidazoliowego, który wykazał przewodność elektrolityczną rzędu 10^-3 Scm^-1 w temperaturze 22^oC.

W wyniku polimeryzacji termicznej polimeryzowalnych ILs (zwierających grupy winylowe), można również otrzymać SPEs-ILs, które jednakże charakteryzują się stosunkowo niską przewodnością elektrolityczną [199]. H. Ohno w pracy [200]

wykorzystał imidazoliowe polimeryzowalne ILs do otrzymania SPEs-ILs, których przewodność elektrolityczna była na poziomie 10^-6 Scm^-1 w temperaturze 30^oC. Z kolei H. Ohno i współpracownicy w pracy [201] do SPEs-ILs uzyskanego na bazie polimeryzowalnej IL wprowadzili sól litu, co pozwoliło na uzyskanie przewodności elektrolitycznej SPEs-ILs rzędu 10^-8 Scm^-1 w temperaturze 30^oC, podczas gdy przewodność SPEs-ILs bez soli litu była o rząd wielkości niższa.

7.4.2. Fotopolimeryzacja

Technika fotopolimeryzacji jest najrzadziej spotykaną metodą otrzymywania SPEs-ILs. Istnieje zaledwie kilka doniesień literaturowych (poza pracami Zakładu Polimerów Politechniki Poznańskiej) na ten temat [155,175,177-180]. W pracy [177]

C. Gerbaldi i współpracownicy prezentują wyniki badań nad SPEs-ILs składającymi się z poli(dimetakrylanu oksyetylenowanego bisfenolu A), dodatku reaktywnego rozcieńczalnika (eter metylowy metakrylanu glikolu polietylenowego) oraz bis(trifluorometylosulfono)imidku N-metoksyetylo-N-metylopirolidyniowego. SPEs-ILs zostały otrzymane w procesie fotopolimeryzacji i charakteryzowały się przewodnością elektrolityczną rzędu 0,110^-3 Scm^-1 w temperaturze pokojowej, a także wysoką stabilnością termiczną (>300^oC). S. A. Chesnokov i współpracownicy w pracy [155]

przeprowadzili fotopolimeryzację dimetakrylanów glikolu polietylenowego w obecności różnych ILs. Otrzymali SPEs-ILs zawierające aż do 85%

bis(trifluorometylosulfono)imidku 1-etylo-3-metyloimidazoliowego. Wprowadzenie 85%

IL do matrycy polimerowej pozwoliło na zwiększenie wartości przewodności elektrolitycznej z rzędu10^-11 Scm^-1 (dla czystej matrycy polimerowej) do rzędu 10^-3 Scm^-1 w temperaturze pokojowej. Natomiast A. F. Visentin i M. J. Panzer w pracy [175] wykorzystali diakrylan glikolu polietylenowego oraz bis(trifluorometylosulfono)imidek 1-etylo-3-metyloimidazoliowy. Pozwoliło to na otrzymanie SPEs-ILs o przewodności rzędu 10^-3 Scm^-1 w temperaturze pokojowej, już przy ok. 50 procentowej zawartości IL. D. Qin ze współpracownikami w pracy [178]

wykorzystali technikę fotopolimeryzacji do otrzymania SPEs-ILs składających się z poli(akrylanu 1,6-heksanodiolu), poli(eteru metylowego glikolu polietylenowego) oraz jodku 1-heksylo-3-metyloimidazliowego. Uzyskane produkty zbadano pod kątem zastosowania ich w ogniwach słonecznych; charakteryzowały się one przewodnością elektrolityczną w zakresie od 210^-4 do 8,510^-4 Scm^-1 oraz 6,5 procentową zdolnością do konwersji światła na energię elektryczną. W pracy [179] również podjęto próbę wykorzystania techniki utwardzania światłem do otrzymania SPEs-ILs jako elektrolitów do ogniw słonecznych. O. Winter-Jansen ze współpracownikami wykorzystali do tego celu mieszaninę monomerów (metakrylanu 2-hydroksyetylu i diakrylanu glikolu tetraetylenowego) oraz różne ILs. Otrzymane SPEs-ILs charakteryzowały się przewodnością rzędu 10^-7 Scm^-1 oraz 5 procentową zdolnością do konwersji światła na energię elektryczną. N. Yoshimoto z współpracownikami w pracy [180] uzyskali SPEs-ILs w wyniku fotopolimeryzacji mieszaniny monomerów (monometakrylanu glikolu polietylenowego i dimetakrylanu glikolu polietylenowego) z bis(trifluorometylosulfono)imidkiem 1-etylo-3-metyloimidazoliowym oraz solami magnezu. Otrzymane SPEs-ILs charakteryzowały się przewodnością elektrolityczną rzędu 10^-3 Scm^-1 w 60^oC.

Powyższy przegląd literatury wskazuje, iż doniesienia na temat SPEs-ILs otrzymywanych techniką fotopolimeryzacji są nieliczne, a uzyskiwane przewodności elektrolityczne raczej niewielkie. W Zakładzie Polimerów Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej prowadzone są systematyczne badania nad SPEs-ILs [7,12,13,17,120,202,203], w ramach których wykonywana jest niniejsza praca. Rezultatem dotychczasowych badań są elastyczne, stabilne termicznie oraz mechanicznie folie o wysokiej przewodności elektrolitycznej w temperaturze pokojowej (w zakresie od 0,110^-3 do 3010^-3 Scm^-1).

7.5. Zastosowanie

SPEs-ILs stanowią atrakcyjne rozwiązanie dla zaawansowanych urządzeń elektrochemicznych, a w szczególności tych, które mają wyjść naprzeciw wymaganiom

polityki energii odnawialnej, tj.: (i) baterii litowo – jonowych, (ii) kondensatorów, (iii) ogniw paliwowych, (iv) ogniw słonecznych czy (v) elektrochemicznych sensorów oraz biosensorów [193,197].

Baterie litowo – jonowe są obiecującym rozwiązaniem spośród elektrochemicznych urządzeń do magazynowania energii zarówno dla odnawialnych źródeł energii, jak i systemów zasilania samochodów hybrydowych czy elektrycznych. Ze względu na zjawiska elektrochemiczne zachodzące pomiędzy katodą a anodą baterii ważne jest, aby stosowany elektrolit był elastyczny, cienki oraz odporny mechanicznie. SPEs-ILs spełniają te warunki, a co więcej ich zastosowanie ma korzystny wpływ na cykliczność procesów ładowania – rozładowania, a także na tworzenie się warstwy pasywującej (SEI).

Dodatkowo IL plastyfikuje matrycę polimerową, co z kolei ma pozytywny wpływ na przewodność elektrolityczną końcowego produktu. ILs zapewniają również szerokie okna stabilności elektrochemicznej oraz wysoką stabilność termiczną [193,197].

Kondensatory elektrochemiczne, a wśród nich również superkondensatory i ultrakondensatory, stanowią obiecujące źródło prądu dla wielu przenośnych urządzeń elektronicznych. Elektrolit ma bardzo duży wpływ na efektywność pracy oraz cykl życia kondensatora. Podstawowe cechy jakie musi posiadać elektrolit, aby znalazł zastosowanie w takim układzie, zostały opisane w rozdziale 7.1. Odpowiednio dobrane składniki SPEs-ILs sprawiają, że elektrolit spełnia te wymagania, a tym samym może znaleźć zastosowanie w kondensatorach elektrochemicznych [204]. Dodatkowo fakt, że SPEs-ILs są układami wysoce elastycznymi sprawia, że kondensator z nich zbudowany może być dowolnie kształtowany [205].

Skuteczność generowania energii przez ogniwa paliwowe oraz ich czas życia są uzależnione od stosowanego elektrolitu, który powinien efektywnie i stabilnie pracować w szerokim zakresie temperatur. Co więcej, stosowany elektrolit musi charakteryzować się przewodnością elektrolityczną rzędu 10^-2 Scm^-1 w całkowicie bezwodnym środowisku.

Brak lotności i stabilność termiczna ILs sprawiają, iż SPEs-ILs stanowią doskonałe rozwiązanie dla ogniw paliwowych [193,197].

Ogniwa słoneczne muszą charakteryzować się wysoką efektywnością konwersji, na którą kluczowy wpływ ma wartość przewodności elektrolitycznej zastosowanego elektrolitu. ILs, jak już wielokrotnie wspominano, posiadają wysokie wartości przewodności i szerokie okna stabilności elektrochemicznej, co sprawia, że SPEs-ILs

charakteryzują się podobnymi parametrami. Czynniki te sprawiają, iż wprowadzenie SPEs-ILs do budowy ogniwa słonecznego może mieć pozytywne skutki z punktu widzenia efektywności jego pracy [114,206].

SPEs-ILs ze względu na dużą powierzchnię właściwą, wysoką chemiczną oraz fizyczną stabilność są idealnym kandydatem w konstrukcji sensorów o wysokiej wydajności. Wysoka biokompatybilność ILs z biomolekułami oraz enzymami, a także możliwość ich wielokrotnego użytku dodatkowo przemawia na korzyść SPEs-ILs [193].