Entwicklung neuer redoxaktiver Polymere auf der Basis von Benzimidazol, Benzoxazol und Benzothiazol

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Doreen Mollenhauer; Professor Dr. Ulrich S. Schubert
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441217366

Batterien auf Polymerbasis bestehen sowohl aus polymeren Anoden- als auch aus polymeren Kathodenmaterialien. Aufgrund ihrer interessanten Eigenschaften, wie geringes Gewicht, die Möglichkeit, kritische Metalle zu ersetzen und die Nutzung verfügbarer Elemente, haben diese Batterien ein großes Interesse geweckt. Eine große Vielfalt möglicher molekularer Strukturen wurde im Hinblick auf die Eignung als Aktivmaterialien untersucht, so dass viele Redox-Einheiten zur Verfügung stehen. Interessanterweise steht eine größere Anzahl von Kathodenmaterialien zur Verfügung und es gibt weniger geeignete Anodenmaterialien, wie z. B. die Polyviologene. Allerdings weisen auch diese Materialien Nachteile auf. Vor diesem Hintergrund sollen in diesem Gemeinschaftsprojekt der FSU Jena und der JLU Gießen neue redoxaktive Polymere entwickelt werden, die auf drei Strukturmotiven – Benzimidazole, Benzoxazole und Benzothiazole – basieren, die alle pyridylsubstituiert sind. Diese Materialien erwiesen sich in ersten Studien als geeignete Kandidaten für Anodenmaterialien in unserem kombinierten Ansatz, welcher sowohl auf theoretischen als auch experimentellen Screening beruht. Folglich können die elektrochemischen Eigenschaften durch Variation der Substituenten weiter eingestellt werden. Darüber hinaus werden geeignete Redox-Einheiten linearer bifunktioneller Moleküle durch Berechnung und theoretisches Screening mittels DFT untersucht. Nach der Identifizierung der vielversprechendsten Strukturen erfolgt in einem zweiten Schritt die Modellierung kleiner Polymerketten. Die besten Polymersysteme werden synthetisiert und ihre elektrochemischen Eigenschaften Im Detail untersucht werden. Auch die Polymerarchitektur wird variiert. Während die erste Generation der Aktivmaterialien die Redoxeinheiten in der Seitenkette hatte, wird die zweite Generation die Redoxeinheiten in der Hauptkette aufweisen. Die Polymermaterialien mit den besten elektrochemischen Eigenschaften werden für die Herstellung von Elektroden verwendet. Diese Elektroden werden in (Halb-)Zelltests getestet, zum Beispiel in Kombination mit TEMPO-basierten Polymeren als Kathodenmaterialien.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2248: Polymer-basierte Batterien