طرح اختراعي حاضر با عنوان طراحي و ساخت باتري يون ليتيم با استفاده از الكتروليت پليمر-ژل (GPE) در زمينه علوم مختلف از جمله شيمي و مهندسي مواد مي باشد. در مسير اين اختراع، براي دستيابي به فرمولاسيون مناسب براي باتري هاي يون ليتيم، تلاش هاي بسياري صورت گرفته است. امروزه انرژي يكي از مهمترين مباحث موجود در مجامع علمي داخلي و بين المللي مي باشد. اين موضوع ما را بر آن داشت تا با عزمي راسخ در زمينه دستيابي به روشي نوين در ساخت باتري هاي ليتيمي گام برداريم. تا هم در اين زمينه پيشگام بوده و هم اين دانش فني را به ساير كشورها صادر نماييم. آسان ترين روش براي تهيه الكتروليت هاي پليمري روش قالب گيري است، كه در آن فيلم الكتروليت از طريق تبخير حلال از محلول قالب گيري شده حاوي پليمر و نمك ليتيم بدست مي¬آيد. اين روش ساده و ارزان بطور گسترده براي تهيه الكتروليت هاي پليمري استفاده مي¬گردد. در اين روش نمي توان از كربنات هاي خطي مانند اتيلن كربنات و دي متل كربنات به دليل فرايند كند تبخير در آنها استفاده كرد. اين روش براي حلال¬هاي آلي با نقطه جوش بالا داراي محدوديت مي¬باشد. براي حل اين مشكل از دمادهي استفاده مي¬شود. دمادهي روشي است كه براي تهيه فيلم ژله اي از طريق انحلال مستقيم پليمر ها در الكتروليت مايع در پي قالب گيري و سرد كردن در دماي اتاق صورت مي¬پذيرد. الكتروليت پليمري ژلي در اين روش از الكتروليت¬هاي آلي و پليمرها و بدون نياز به پيش حلال و افزودني ساخته مي¬شود. در اين وضعيت نمي¬توان از حلال¬هاي با نقطه جوش پايين استفاده نمود. اين متد معمولا براي پليمرهايي نظير پلي آكريلونيتريل و PMMA و حلال¬هايي نظير اتيلن كربنات، دي متيل كربنات، پروپيلن كربنات و دي متيل استاميد به كار مي¬رود. در كار حاضر هم از همين روش براي تهيه غشاهاي پليمري استفاده شده است. براي تهيه¬ي الكتروليت پليمري ژلي در يك غلظت ثابت از نمك ليتيم (75/0 مولار نمك ليتيم پركلرات در دي متيل استاميد) به مقدار 5 درصد وزني پليمر (بيان شده بر حسب وزن الكتروليت مايع) به محلول الكتروليت اضافه گرديد و براي مدت 6 ساعت براي انحلال كامل پليمر در الكتروليت مايع هم زده شد. در مرحله¬ي بعد محلول همگن بدست آمده در داخل پتري ديش ريخته شد و قالب گيري انجام شد. سپس براي تشكيل ژل به مدت 12 ساعت در دماي 80 درجه سانتيگراد قرار گرفت و يك فيلم پايدار با ضخامت بين 330 ميكرومتر بدست آمد.

طراحي وساخت دستگاه پليمريزاسيون حالت مذاب پلي اتيلن ترفتالات

در اين طرح ابتدا به سنتز پلي بوتيلن ترفتالات پرداخته و شرايط بهينه فرايند براي رسيدن به خواص مطلوب نهايي ارزيابي شد. سپس به منظور پايدار نمودن حرارتي نانورس مورد استفاده از 3-آمينوپروپيل تري اتوكسي سيلان به عنوان عامل اصلاح كننده استفاده گرديد. پس از اصلاح نانورس، سنتز نانوكامپوزيت‌هاي PBT با درصدهاي مختلف وزني نانورس اصلاح‌شده در دستور كار قرار گرفت. ساختار شيميايي، نحوه توزيع و پراكنش نانورس، رفتار حرارتي و وزن ملكولي پليمرهاي سنتز شده بوسيله آناليزهاي XRD، FTIR، DMTA مورد بررسي قرار گرفت. طيف XRD نشان داد كه صفحات نانو در نانوكامپوزيتهاي حاوي 0.5 و 1 درصد بخوبي از هم باز شده و ساختار ميان افزا بدست آمد كه نشان از سازگار بودن ماتريس پليمري و ذرات نانوس دارد. تست TGA نشان داد كه اصلاح نانورس منجر به افزايش 30 درصدي TiD تا دماي 334 مي‌شود كه دمايي مناسب پليمريزاسيون درجا مي‌باشد. همچنين افزودن نانورس نيز منجر به افزايش پايداري حرارتي نانوكامپوزيت شده و اين افزايش با بيشتر شدن درصد نانورس، قابل ملاحظه‌تر مي‌گردد. تست DMTA نشان داد كه افزودن نانورس منجر به افزايش مدول ذخيره نانوكامپوزيت مي‌گردد. آزمون شعله پذيري نشان داد كه سرعت آتش گيري با افزايش درصد نانو كاهش يافت و نانوذرات نقش عايق در برابر نفوذ حرارت را ايفا مي‌كردند.

هدف از انجام اين طرح بدست آوردن شرايط بهينه جهت سنتز پلي‌تري‌متيلن‌ ترفتالات (PTT)، در يك راكتور آزمايشگاهي و رسيدن به گرانروي مناسب مي‌باشد. به منظور افزايش مقاومت حرارتي PTT، تهيه نانو كامپوزيت اين پليمر به كمك نانو ذره كلوزيت30B در درصدهاي مختلف و به روش پليمريزاسيون درجا بررسي گرديد. از آنجايي كه در اين روش، نانو ذره به مدت زيادي در دماي بالا و در محيط واكنش باقي مي‌ماند، به منظور افزايش پايداري حرارتي، كلوزيت30B با يك اصلاح كننده سيلاني به نام تري-آمينوپروپيل‌تري اتوكسي سيلان (APS) اصلاح گرديد. تست‌هاي XRD و TEM نشان دادند كه لايه‌هاي نانورس بخوبي از هم جدا شده و در بستر پليمر توزيع شده‌اند. تست TGA نشان داد كه پايداري حرارتي PTT با افزودن اين نانو ذره و افزايش درصد آن به ميزان 26 oC افزايش مي‌يابد. در نهايت با توجه به اينكه يكي از مهم‌ترين‌ كاربردهاي PTT تهيه الياف براي صنعت قاليبافي است، در تست رنگ‌پذيري اين پليمرو نانو كامپوزيت‌هاي سنتز شده به كمك ماده رنگزاي ديسپرس زرد روند افزايشي مشاهده گرديد.