Development of thermo-responsive silicon resins for safety applications

Titel in Übersetzung: Entwicklung thermoresponsiver Siliconharze für Sicherheitsanwendungen

Alan Arceta Lozano

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die Masterarbeit zielt auf die Entwicklung von intelligenten Polymerbeschichtungen ab, die eine frühzeitige Erkennung von Überhitzungsereignissen in Batteriesystemen durch die thermische Freisetzung von Tracergasen ermöglichen, die in einem nachfolgenden Schritt durch den Einsatz spezifischer Metalloxid (MOx)-Sensoren nachgewiesen werden. Um dies zu erreichen, wurde ein innovatives Diels-Alder (DA)-Addukt auf Thiophenbasis (ARZ_5) synthetisiert und untersucht, das aufgrund der Reversibilität der DA-Reaktion ein Tracergas freisetzt. Es ist bekannt, dass die Retro-Diels-Alder-Reaktion (rDA) die Fähigkeit besitzt, die Reaktanten bei einer bestimmten Temperatur zurückzugewinnen. Dabei werden die Reaktanten in der Gasphase gewonnen, wenn die Spaltungstemperatur über ihrem Siedepunkt liegt. Insbesondere wird eine flüchtige Thiophen-Spezies freigesetzt, die als Tracergas fungiert und mit einer Vielzahl von MOx-Sensoren nachgewiesen werden kann. Die Reversibilität der Reaktion wurde mit Hilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR), der thermogravimetrischen Analyse (TGA), der mit einem Infrarotspektrometer gekoppelten Gasanalyse (EGA-FTIR) und auch mit der mit einem Massenspektrometer gekoppelten Gasanalyse (EGA-MS) untersucht. Außerdem wurde ARZ_5 durch eine Thiol-Michael-Addition an ein multifunktionelles Thiol (ARZ_5-PETMP) gebunden und anschließend in unterschiedlichen Konzentrationen in ein Thiol-Acrylat-Netzwerk eingebaut. Es wurden intelligente Polymersysteme erhalten, die in der Lage waren, bei einer definierten Temperatur verschiedene Mengen an Tracergasen (SYS_A, SYS_B, SYS_C) zu emittieren. Die Herstellung der erwarteten Produkte wurde durch die Analyse ihrer charakteristischen FTIR-Banden bestätigt, und die Freisetzung der Thiophenanteile wurde mit den oben genannten Charakterisierungstechniken untersucht. Um den Nachweis des Thiophens durch MOx-Sensoren zu erbringen, wurden die SYS-Proben in einem Sensortestaufbau getestet, der aus einer Heizkammer bestand, in der die Tracergase freigesetzt wurden. Die Gase wurden dann von einer mit MOx-Sensoren ausgestatteten gekoppelten Kammer nachgewiesen. In einem letzten Schritt dieser Arbeit wurde ARZ_5-PETMP durch eine Thiol-En-Reaktion an eine handelsübliche Siliziummatrix gebunden, die für Isolationszwecke in Glimmerkompositen verwendet wird, um eine neue Klasse von intelligenten Polymerharzen (SYS_ACR-JO) herzustellen. Dieses finale System wurde zunächst thermisch charakterisiert und schließlich wurden Glimmerplatten damit imprägniert, um ein thermisches Isoliermaterial mit einer zusätzlichen Gasabgabefähigkeit herzustellen. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl ARZ_5 als auch die Systeme SYS_A, SYS_B, SYS_C und SYS_ACR-JO bei Erreichen der rDA-Temperatur im Bereich von 100 °C erfolgreich Thiophen freisetzen. Es konnte gezeigt werden, dass die freigesetzte Menge an Thiophen mit steigendem Gehalt an ARZ_5-PETMP in der Polymermatrix zunahm. Weitere mechanische und Alterungstests der entwickelten Formulierungen sind erforderlich, um die Systeme vollständig zu untersuchen, bevor sie in realen Batterieanwendungen eingesetzt werden.
Titel in ÜbersetzungEntwicklung thermoresponsiver Siliconharze für Sicherheitsanwendungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationMSc
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Schlögl, Sandra, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung18 Okt. 2024
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2024

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Intelligente Polymerbeschichtungen
  • Tracergase
  • Thermische Freisetzung
  • Silikonmatrix
  • Metalloxidsensoren
  • Retro-Diels-Alder-Reaktion
  • Thiol-Acrylat-Netzwerk

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