Molecular Dynamics Simulation Studies on the Dynamics of Poly(ethylene oxide) Melts and Solid Polymer Electrolytes
- 주제어 (키워드) polymer melts , PEO , temperature dependence , Rouse model , conformation , Time-temperature superposition , solid polymer electrolytes , molecular dynamics simulation , 고분자 용융체 , 폴리에틸렌옥사이드 , 온도 의존성 , 라우스 모델 , 형태 , 시간-온도 중첩원리 , 고체 고분자 전해질 , 분자 동역학 전산모사
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 성봉준
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066530
- UCI I804:11029-000000066530
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Poly(ethylene oxide) (PEO) has drawn attention for next generation solid polymer electrolytes (SPEs). Therefore, to analyze viscoelastic and mechanical properties of poly- meric systems, the time-temperature superposition (TTS) principle has been employed ex- tensively. However, it has been observed that as temperature decreased down to glass transition temperature, chain dynamics exhibited a weaker temperature dependence than segmental dynamics, and the translational normal modes showed different temperature de- pendence. During my master course, I study temperature dependence of conformational relaxation of poly(ethylene oxide) melts. The calculated glass transition temperature (Tg) in my system is 249 K. At temperatures above Tg + 50 K, the relaxation of various confor- mational modes of PEO chains exhibit the same temperature-dependence. At low temper- atures of 275 and 285 K, the translational dynamics of different modes decouple to each other, indicating Breakdown of TTS principle. I conduct all-atom molecular simulations to investigate whether PEO melts follow the TTS principle. Furthermore, to investigate the dynamics of lithium and PEO in SPEs, I perform all-atom molecular simulations employ- ing many body polarizable force field.
more초록 (요약문)
리튬이온 전해질의 한계점 때문에 고체 고분자 전해질이 각광받고 있다. 고 체 고분자 전해질을 이용한 배터리의 전도도는 리튬 이온의 확산이 결정하기 때문에 리튬 이온의 확산을 이해하는 것이 중요하다. 본 학위 논문에서는 폴리 에틸렌 옥사이드 용융체에 대한 분자 동역학 시뮬레이션을 통해 폴리에틸렌 옥사이드 용융체의 거동에 대해서 이해하고, 폴리에틸렌 옥사이드로 이루어진 고체 고분자 전해질 시스템에서 리튬의 거동에 대해서 이해해보고자 하였다. 고체 고분자 전해질 시스템에 대해서 이해하기 이전에, 고분자 용융체에 대 한 공부가 선행되어야한다. 시간-온도 중첩원리는 시스템의 온도가 유리전이온 도에 가까워질수록 잘 맞지 않는 것으로 밝혀진 바 있다. 시간-온도 중첩원리 는 모든 이완 시간이 같은 온도 의존성을 갖는다는 가정을 기반으로 하여, 어 떠한 고분자에 시간-온도 중첩원리가 적용되는지 알아보려면 먼저 가정이 맞 는지 확인을 해야 한다. 본 학위 논문에서는 폴리에틸렌 옥사이드의 유리전이 온도(glass transition temperature)가 249 켈빈임을 계산하였고, 그 온도와 근접하게 시뮬레이션으로 보기 어려운 낮은 온도인 275 켈빈까지 폴리에틸렌 옥사이드의 거동을 살펴보았다. 시스템의 온도가 높을 때는 시간-온도 중첩원 리가 잘 맞지만, 온도가 유리전이온도에 가까워질수록 시간-온도 중첩원리가 잘 맞지 않는다는 것을 확인하였다. 고체 고분자 전해질은 고분자, 리튬이온과 그 상대음이온으로 구성된다. 특 히 폴리에틸렌과 리튬으로 이루어진 고체 고분자 전해질에서 폴리에틸렌이 3 가지 방법으로 이완(relaxation)한다는 사실이 잘 알려져 있다. 본 학위 논문 에서는 폴리에틸렌 옥사이드와 LiTFSI(Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium)으로 구성된 고체 고분자 전해질에서 폴리에틸렌옥사이드와 리튬이온 이 어떻게 거동하는지 살펴보았다. 특히 극성을 고려한 역장과 극성을 고려하 지 않은 역장을 비교하여, 극성을 고려한 역장을 사용하였을 때 이온의 더 빠 르게 확산한다는 것을 확인하였다.
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