Kajian terhadap kesan cecair ionik imidazolium [BBIM] [BF4] ke atas polimer pvdf-hfp bagi aplikasi bateri ion natrium

Abstract

Penyelidikan yang dijalankan adalah berkaitan dengan penyediaan serta pencirian elektrolit polimer gel cecair ionik (EPGCI) berasaskan poli(vinilidena fluorida- heksafluoropropilena) (PVDF-HFP):1-butil-3-metilimidazolium tetrafluroborat [BMIM][BF4] - sodium triflurometanasulfonat (NaCF3SO3) yang dihasilkan melalui teknik penuangan larutan. Pada peringkat awal kajian, hanya polimer dan cecair ionik diadunkan dengan nisbah komposisi (100-x)PVDF-HFP:(x)[BMIM][BF4] yang berbeza. Kesan penggabungan kedua bahan ini telah dikaji dan dicirikan secara menyeluruh melalui pencirian terhadap kekonduksian ion, sifat elektrik, interaksi kimia, perubahan fasa struktur morfologi, kestabilan terma serta sifat elektrokimia. Filem EPGCI yang fleksibel dan berdiri bebas ini berjaya dihasilkan pada komposisi [BMIM][BF4] ≤ 60 dan analisis impedans menunjukkan kekonduksian ion meningkat dengan peningkatan cecair ionik dengan kekonduksian tertinggi; 2.84 × 10–3 S cm–1 pada suhu bilik. Hubungan linear antara suhu dan kekonduksian ion dengan nilai regresi menghampiri ~1 bagi kesemua sampel menunjukkan bahawa pengangkutan ion mematuhi tingkah laku model Arrhenius. Kajian mendalam melalui dielektrik dan modulus menunjukkan bahawa pemalar dan kehilangan dielektrik juga meningkat bersesuaian dengan pemuatan [BMIM][BF4] selain mencapai nilai kapasitansi terbesar. Kehadiran puncak maksima tan δ menandakan kewujudan dipol relaksasi dalam sistem EPGCI kajian ini. Malah, filem yang menghasilkan kekonduksian ionik tertinggi juga didapati mempunyai masa santaian terpantas. Anjakan dan perubahan bentuk puncak-puncak kepunyaan gelang kation imidazolium serta C–F dari polimer PVDF-HFP dalam spektrum FTIR membuktikan bahawa terdapat interaksi kimia antara kedua bahan tersebut. Analisis DSC dan XRD menunjukkan bahawa [BMIM][BF4] dapat berfungsi sebagai bahan pemplastik yang berkesan dalam mengurangkan kehabluran serta suhu peralihan kaca filem EPGCI tersebut. Pemerhatian terhadap permukaan keratan rentas yang semakin licin juga membuktikan kesan positif bahan pemplastik [BMIM][BF4] tersebut. Keluk TGA untuk semua filem pula menunjukkan kestabilan terma yang tinggi hingga 300 °C. Analisis elektrokimia turut menunjukkan bahawa filem ini mempunyai kestabilan elektrokimia yang baik sehingga 4.2 V. Bagi mengaplikasikan sistem ini ke dalam bateri ion natrium, garam natrium iaitu NaCF3SO3 turut dimasukkan ke dalam sistem EPGCI tersebut. Filem EPGCI dengan pelbagai peratusan berat garam dari 2 bt.% hingga 10 bt.% dihasilkan dan dicirikan melalui pencirian kekonduksian ion, interaksi kimia, struktur morfologi, dan sifat elektrokimia. Kekonduksian ionik maksimum yang dicapai adalah pada 2 bt.% NaCF3SO3 dengan σ = 1.39 × 10–3 S cm–1 dan mula menurun secara mendadak sehingga 10 bt.% NaCF3SO3. Fenomena ini adalah disebabkan oleh pembentukan pasangan ion yang turut disokong oleh analisis FESEM dan FTIR. Di samping itu, nombor pemindahan keseluruhan ioni dan kationik adalah sebanyak tionik ~ 0.99 dan tNa+ ~ 0.268. Manakala, analisis LSV menunjukkan bahawa kestabilan elektrokimia meningkat kepada 4.7 V dengan penambahan NaCF3SO3, sekaligus membuktikan bahawa sampel ini berpotensi untuk diaplikasikan dalam bateri ion natrium.