包含碱土金属的离子液体制造技术

本发明专利技术提供一种使用离子液体的聚合物电解质。所述电解质一般具有式IL‑(ZRnXq‑n)v(MYm)w，其中Z是Al、B、P、Sb或As；R是有机基团(烷基、烯基、芳基、苯基、苄基、酰胺基)；X和Y是卤素(F、Cl、Br、I)；M是碱金属或碱土金属。IL是含有有机阳离子(例如，1‑烷基‑3甲基咪唑鎓、1‑烷基吡啶鎓、N‑甲基‑N‑烷基吡咯烷鎓、铵盐)和卤离子(F、Cl、Br或T)的离子液体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案主张美国专利申请第61/900,522号(2013年11月6日申请)的优先权，其全部内容以引入的方式并入本文中。
技术介绍
本文所公开的标的物涉及用于一级及二级能量存储装置的电解质，所述装置包括电池、超级电容器以及其它类型的电源。实用的基于Mg的能量存储技术的路线障碍是缺乏安全并且电化学稳定的可逆电解质。有机金属Mg和Mg-氯化铝络合物的醚溶液比格林纳(Grignard)化合物的醚溶液更加阳极稳定，但所得电解质由于溶剂挥发性和可燃性而是危险的。Mg电源是锂电池的有前景替代物，但其在实际应用中远未达到其全部潜力。基于液体溶剂的现有电解质不足以满足便携式电子和运输应用中的功能装置的需求。先前已在文献中排除用MgCl2合成高性能聚合物电解质的可能性，因为此盐的α和β形式的晶格能量高。已在Mg电池的电解质制备中探索离子液体(IL)，因为除被赋予高的热和电化学稳定性之外，其还展现可忽略的蒸气压并且是非易燃的。然而，Mg产生对离子在少数似乎是电化学稳定的IL中的输送不可渗透的阻挡钝化层。另外，镁电极一般对基于咪唑鎓的离子液体具反应性。这些观察结果使早期对用常规MgCl2部分中和的EMImCl/AlCl3熔融物的兴趣衰减。以上论述仅提供一般背景信息并且不意图在确定所主张的标的物的范围中用作辅助。
技术实现思路
提供一种聚合物电解质，其使用含有碱土金属的离子液体。所述电解质一般具有式IL·(ZRnXq-n)v·(MYm)w，其中Z是Al、B、P、Sb或As；R是有机基团(烷基、烯基、芳基、苯基、苄基、酰胺基)；X和Y是卤素(F、Cl、Br、I)；M是碱金属或碱土金属。IL是含有有机阳离子(例如，1-烷基-3甲基咪唑鎓、1-烷基吡啶鎓、N-甲基-N-烷基吡咯烷鎓、铵盐)和卤离子(F-、Cl-、Br-或I-)的离子液体。可以在组合物的一些公开实施例的实施中实现的优点是提供一种提供碱土金属作为可溶性离子液体的替代电解质。在第一实施例中，提供一种电解质。所述电解质包含具有式IL·(ZRnX3-n)v·(MYm)w的离子液体，其中IL是包含阳离子和选自由F-、Cl-、Br-以及I-组成的群组的卤离子的离子液体；Z是Al、B、P、Sb或As；R是有机基团；X和Y独立地选自F、Cl、Br或I；M是碱金属或碱土金属；n是等于或大于0并且小于或等于3的整数；m是1或2；v大于0并且小于或等于3并且w大于0并且小于或等于0.5。在第二实施例中，提供一种能量存储装置。所述能量存储装置包含至少一个阳极、至少一个阴极以及至少一种电解质，所述电解质包含具有式IL·(ZRnX3-n)V·(MYm)w的离子液体，其中IL是包含阳离子和选自由F-、Cl-、Br-以及I-组成的群组的卤离子的离子液体；Z是Al、B、P、Sb或As；R是有机基团；X和Y独立地选自F、Cl、Br或I；M是碱金属或碱土金属；n是等于或大于0并且小于或等于3的整数；m是1或2；v大于0并且小于或等于3并且w大于0并且小于或等于0.5。在第三实施例中，提供一种电解质。所述电解质包含具有式[(TiCl4)A(TiCl3)B(AlCl3)v(MYm)w的离子液体，其中A大于0；B大于0；v大于0并且小于或等于3；w大于0并且小于或等于0.5；M是碱金属或碱土金属；Y选自F、Cl、Br或I并且m是1或2。本专利技术的此简要说明仅意图提供本文所公开的根据一或多个说明性实施例的标的物的简要概述，并且不充当用于解释权利要求书或界定或限制本专利技术范围的指南，本专利技术范围仅由所附权利要求书界定。提供此简要说明以引入简化形式的概念的说明性选择，所述概念进一步描述于下文具体实施方式中。此简要说明并不意图识别所主张的标的物的关键特征或基本特征，并且也不意图在确定所主张的标的物的范围中用作辅助。所主张的标的物不限于解决在背景中所指出的任何或所有缺点的实施方案。附图说明本专利技术的具体实施方式可以通过参考某些实施例，以此方式可以理解本专利技术特征，在随附图式中说明一些实施例。然而，应注意，图式仅说明本专利技术的某些实施例，并且因此不应被视为限制本专利技术的范围，因为本专利技术的范围涵盖其它同等有效的实施例。所述图式不一定按比例绘制，重点一般放在说明本专利技术的某些实施例的特征上。在图式中，类似标号在各个视图中用于指示类似部分。因此，为进一步理解本专利技术，可以参考以下具体实施方式，结合图式理解，其中：图1描绘[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的热分析；图2A描绘离子液体络合物在不同浓度的δ-MgCl2时的几何形状；图2B是[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x的拉曼光谱(Ramanspectra)；图2C是[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x的远红外光谱；图2D展示图2B的拉曼光谱的高斯分解(Gaussiandecomposition)；图2E展示图2C的远IR光谱的高斯分解；图3A使用离子液体电解质托管镁离子[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x的循环伏安图描绘[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的电和磁特征；图3B使用[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x的交换电流描绘[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的电和磁特征；图3C使用由Mg作为阳极、[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)0.08作为电解质以及V2O5作为阴极所组成的概念验证原型纽扣电池的电压放电曲线描绘[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的电和磁特征；插图展示相应的充电曲线；充放电速率是35mA/g；图3D使用通过[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x随温度和频率而变的宽频电子光谱学所获得的导电表面的实部描绘[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的电和磁特征；图3E使用[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x的与温度相关的25MgNMR光谱描绘[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的电和磁特征；图4使用远IR光谱的面积分数的半定量分析展示[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的远红外光谱的面积分数分析；图5A展示在Pt工作电极的情况下[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)0.08电解质的循环伏安法；图5B展示在Mg带状工作电极的情况下[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)0.08电解质的循环伏安法；图6展示[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的与温度相关的直流电导率曲线；以及图7描绘[EMIm/(AlCl3)1.5]/(δ-MgCl2)x电解质的与温度相关的宽频电子参数；具体实施方式本说明书中公开一类电解质，其用于一级和二级能量存储装置，包括电池、超级电容器以及其它类型的电源。本文所公开的电解质是掺杂有第一金属盐(例如，AlCl3)和碱金属或碱土金属盐(例如，MgCl2)的离子液体(IL)。IL可以含有有机阳离子(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质，其包含具有式IL·(ZRnX3‑n)v·(MYm)w的离子液体，其中IL是包含阳离子和选自由F‑、Cl‑、Br‑以及I‑组成的群组的卤离子的离子液体；Z是Al、B、P、Sb或As；R是有机基团；X和Y独立地选自F、Cl、Br或I；M是碱金属或碱土金属；n是等于或大于0并且小于或等于3的整数；m是1或2；v大于0并且小于或等于3并且w大于0并且小于或等于0.5。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.06 US 61/900,5221.一种电解质，其包含具有式IL·(ZRnX3-n)v·(MYm)w的离子液体，其中IL是包含阳离子和选自由F-、Cl-、Br-以及I-组成的群组的卤离子的离子液体；Z是Al、B、P、Sb或As；R是有机基团；X和Y独立地选自F、Cl、Br或I；M是碱金属或碱土金属；n是等于或大于0并且小于或等于3的整数；m是1或2；v大于0并且小于或等于3并且w大于0并且小于或等于0.5。2.根据权利要求1所述的电解质，其中所述离子液体的所述阳离子是1-烷基-3甲基咪唑鎓离子、1-烷基吡啶鎓离子、N-甲基-N-烷基吡咯烷鎓离子或铵离子。3.根据权利要求1所述的电解质，其中所述电解质包含氧化磷或硫化磷。4.根据权利要求1所述的电解质，其中v大于1并且小于或等于2。5.根据权利要求1所述的电解质，其中v是1.5。6.根据权利要求1所述的电解质，其中w大于0.05并且小于或等于0.2。7.根据权利要求1所述的电解质，其中v大于1并且小于或等于2并且w大于0.05并且小于或等于0.2。8.根据权利要求1所述的电解质，其中n＝0并且所述式是IL·(ZX3)v·(δ-MgY2)w。9.根据权利要求1所述的电解质，其中n＝0并且所述式是IL·(AlX3)v·(δ-MgY2)w。10.一种能量存储装置，其包含至少一个阳极、至少一个阴极以及至少一种电解质，所述电解质包含具有式IL·(ZRnX3-n)v·(MYm)w的离子液体，其中IL是包含阳离子和选自由F-、Cl-、Br-以及I-组成的群组的卤离子的离子液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：费德里科·贝尔塔西，沙曼达·赫蒂格，史蒂文·G·格林鲍姆，米歇尔·维特德尔洛，维托·迪·努土，
申请(专利权)人：纽约城市大学研究基金会，帕多瓦大学，
类型：发明
国别省市：美国;US