Skip to ContentSkip to Navigation
Over ons Faculty of Science and Engineering Promoties

Tuning the crystalline phases of poly(vinylidene fluoride) for capacitive energy storage applications

Promotie:Dhr. N.L. (Niels) Meereboer
Wanneer:03 mei 2019
Aanvang:16:15
Promotor:K.U. (Katja) Loos, Prof
Copromotor:dr. G. ten Brinke
Waar:Academiegebouw RUG
Faculteit:Science and Engineering
Tuning the crystalline phases of poly(vinylidene fluoride) for
capacitive energy storage applications

Betere plastic condensatoren

Radars, defibrillators, hoge energie lasers, en stroomomzetters in elektrische auto’s hebben allemaal efficiënte condensatoren nodig met een hoge vrijgelaten energiedichtheid. Het gebruiken van condensatoren op basis van geavanceerde plastics in plaats van keramiek geeft unieke voordelen, ze zijn flexibil, gemakkelijk te verwerken, betrouwbaar en het materiaal kan tegen hoge elektrische spanningen. Vanuit dit oogpunt is polyvinylideen fluoride (PVDF) een uitstekende kandidaat om te dienen als diëlektrisch medium in condensatoren. Het heeft een hoge diëlektrische constante en hoge elektrische sterkte, wat bijdraagt aan een hoge energiedichtheid.

Maar is zijn ook problemen. Bij hoge elektrische velden transformeren PVDF kristallen onomkeerbaar naar de ferroelektrische fase, wat zorgt voor sterk verminderde vrijgelaten energiedichtheden door ferroelektrische verliezen. Toch schrijft de literatuur voor dat deze ferroelektrische kristallen voor energieopslag gebruikt kunnen worden als ze goed geïsoleerd zijn in nanodomeinen. Niel Meereboer onderzocht daarom verschillende polymeerarchitecturen onderzocht om het kristallisatiegedrag van PVDF te optimaliseren voor verbeterde dielektrische eigenschappen.

Als eerste onderzocht Meereboer blok copolymeer systemen onderzocht waarin zelfassemblage ervoor zorgt dat PVDF in geïsoleerde nanobolletjes kristalliseert in de ferroelektrische fase. Daarnaast bestudeerde hij de temperatuur afhankelijke kristallijne faseovergang in poly(vinylideen fluoride-co-trifluoroethyleen) (P(VDF-co-TrFE)) blok copolymeren, wat hem leerde dat deze sterk beïnvloed wordt door de polariteit van het kristallijn-amorfe grensvlak.

Naast de blok copolymeer systemen onderzocht Meereboer ook co- en terpolymeren gebaseerd op VDF, TrFE en vinyl alcohol (VA). P(VDF-co-VA) copolymeren en P(VDF-ter-TrFE-ter-VA) terpolymeren vertoonden respectievelijk ferroelektrisch en relaxor ferroelektrisch gedrag. Door de introductie van alcohol groepen in de polymeerketen was het mogelijk polymeernetwerken te maken via urethaan chemie. Dit leidde tot nieuwe materialen waarin de ferroelektrische verliezen drastisch verminderd zijn, maar waarin hoge vrijgelaten energiedichtheden met verbeterde efficiënties zijn gerealiseerd.

Het promotieonderzoek van Niels Meereboer vond plaats bij de afdeling Macromolecular Chemistry and New Polymeric Materials van het Zernike Institute for Advanced Materials met financiering via NWO.