能量提供装置及其应用制造方法及图纸

本文公开了用于能量提供装置的组合物和制作这类装置的方法。本文还包括能量提供装置，其包括经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板；或包含电解质的能量提供装置，所述电解质包含带电荷的全卤代苯基叠氮化物或两性离子化合物。

Energy Supply Device and Its Application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量提供装置及其应用交叉引用本申请要求2016年12月1日提交的第62/428,899号美国临时申请和2017年11月20日提交的第62/588,613号美国临时申请的权益，这两个申请均以引用的方式并入本文。关于联邦政府资助研究的声明本专利技术是根据国家科学基金会授予的CBET1337065号合同由政府支持完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
技术介绍
诸如风能、太阳能和水力发电之类的可再生能源是传统化石能源的替代能源。在一些情况下，可再生能源的缺点包括其可变性和间歇发电。因此，已使用诸如电池、飞轮和超级电容器之类的储能装置来确保连续和稳定能量供应的输送。
技术实现思路
在某些实施方案中，本文公开了能量提供装置、用于能量提供装置的组合物以及制作这种装置的方法。本文所述的装置、组合物和方法的优点是能够使用于LiB的聚烯烃隔板官能化。在一些情况下，所述方法利用PFPA光化学法和卷对卷(roll-to-roll)改性系统，从而允许以低成本生产数米的经改性的隔板。在一些情况下，与未经处理的商品化隔板相比，经改性的隔板表现出用LiB电解质的润湿性有相当大的改善，这是电池制造过程中的重要因素。在一些情况下，经改性的隔板被比用于目前的商品化隔板广泛得多的电解质润湿，从而允许对先前由于与隔板不相容而行不通的电解质进行进一步研究，显著的是仅由环状碳酸酯组成的那些。在一些情况下，用极性PFPA-磺基甜菜碱分子将商品化的PE和PP/PE/PE隔板改性增加了聚烯烃隔板的表面能和亲水性。对商品化隔板的这些改进可增加用商品化电解质制成的以若干不同C-倍率循环的NMC/石墨全电池的放电容量。使用经改性的隔板还可以实现先前由于与市售聚烯烃隔板不相容而行不通的热稳定性更好或高电压的电解质商品化。在一些实施方案中，本文公开了包括由带电荷的化合物改性的基板的能量提供装置。在一些实施方案中，本文公开了包括经两性离子改性的基板的能量提供装置。在一些实施方案中，所述经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板包含具有式I的结构的化合物：其中A选自—C(＝O)—和—(SO2)—；L选自—OQ、—O-、—N+R3HQ和—NR3Q；Q是由下式表示的结构：Z选自—CR6aR6b—、—C(＝O)—、—C(＝NH)—和—C(＝NH)NR7—；m是选自0、1、2、3、4、5、6、7和8的整数；R1a和R1b中的每一者独立地选自氢和卤素；R2a和R2b中的每一者是卤素；R3当存在时选自氢和C1-C4烷基；R4a和R4b中的每一者当存在时独立地选自氢、卤素、—CN、—OH、—NR8aR8b、—NR8aR8bH+、C1-C4烷基、C1-C4单卤代烷基、C1-C4多卤代烷基、—SO3-、—SO3R9、—CO2-和—CO2R9；R5a、R5b和R5c中的每一者独立地选自氢、卤素、—CN、—OH、—NR10aR10b、—NR10aR10bR10c+、C1-C4烷基、C1-C4单卤代烷基、C1-C4多卤代烷基、—SO3-、—SO3R11、—CO2-和—CO2R11；R6a和R6b中的每一者当存在时独立地选自氢、卤素、—CN、—OH、—NR12aR12b、—NR12aR12bH+、C1-C4烷基、C1-C4单卤代烷基、C1-C4多卤代烷基、—SO3-、—SO3R13、—CO2-和—CO2R13；R7当存在时选自氢和C1-C4烷基；R8a和R8b中的每一者当存在时独立地选自氢和C1-C4烷基；R9当存在时选自氢和C1-C4烷基；R10a、R10b和R10c中的每一者当存在时独立地选自氢、C1-C4烷基、—(C1-C8亚烷基)SO3-、—(C1-C8亚烷基)SO3H、—(C1-C8亚烷基)CO2-和—(C1-C8亚烷基)CO2H；R11当存在时选自氢和C1-C4烷基；R12a和R12b中的每一者当存在时独立地选自氢和C1-C4烷基；R13当存在时选自氢和C1-C4烷基，并且所述化合物是带电荷的或两性离子的。在一些实施方案中，所述化合物具有选自以下的结构：在一些实施方案中，所述化合物具有选自以下的结构：在一些实施方案中，所述化合物具有以下结构：在一些实施方案中，所述化合物具有选自以下的结构：在一些实施方案中，所述化合物具有以下结构：在一些实施方案中，R1a、R1b、R2a和R2b各自是–F。在一些实施方案中，Q选自：在一些实施方案中，Q是：在一些实施方案中，Q是：在一些实施方案中，Z是—CR6aR6b—。在一些实施方案中，R6a和R6b各自是氢。在一些实施方案中，m是0、1、2或3。在一些实施方案中，m是0。在一些实施方案中，R5a是—NR10aR10bR10c+；R5b是氢；并且R5c是氢。在一些实施方案中，所述化合物具有式Ia的结构：在一些实施方案中，所述化合物具有式Ib的结构：在一些实施方案中，R10c是—(C1-C8亚烷基)SO3-、—(C1-C8亚烷基)SO3H、—(C1-C8亚烷基)CO2-或—(C1-C8亚烷基)CO2H。在一些实施方案中，R10c是—CH2CH2CH2-SO3-、—CH2CH2CH2-SO3H、—CH2CH2CH2-CO2-或—CH2CH2CH2-CO2H。在一些实施方案中，R10a和R10b各自是C1-C4烷基。在一些实施方案中，R10a和R10b各自是甲基。在一些实施方案中，R3是氢。在一些实施方案中，所述两性离子化合物是在一些实施方案中，所述两性离子化合物是在一些实施方案中，所述带电荷的化合物是在一些实施方案中，所述带电荷的化合物是在一些实施方案中，所述带电荷的化合物是在一些实施方案中，所述带电荷的化合物是在一些实施方案中，所述带电荷的化合物是在一些实施方案中，所述带电荷的化合物是在一些实施方案中，所述基板包括隔板。在一些实施方案中，所述隔板包括基于聚合物的隔板。在一些实施方案中，所述基于聚合物的隔板包括聚烯烃类隔板。在一些实施方案中，所述聚烯烃类隔板包括用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)或其组合改性的隔板。在一些实施方案中，所述隔板包括微孔隔板、非织造隔板、离子交换膜、支撑液膜或固体离子导体。在一些实施方案中，所述基板包括含有能够与具有式I的结构的化合物结合的部分的基于碳的基板。在一些实施方案中，所述基于碳的基板包含聚合物部分。在一些实施方案中，所述基于碳的基板包含聚烯烃部分。在一些实施方案中，所述聚烯烃部分包括聚乙烯(PE)部分、聚丙烯(PP)部分、聚酰胺(PA)部分、聚四氟乙烯(PTFE)部分、聚偏二氟乙烯(PVDF)部分或聚氯乙烯(PVC)部分。在一些实施方案中，所述能量提供装置还包括设置在所述经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板上面的电解质。在一些实施方案中，所述电解质是极性电解质。在一些实施方案中，所述电解质包括基于碳酸酯的电解质。在一些实施方案中，所述电解质包括碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯。在一些实施方案中，所述电解质是含水电解质。在一些实施方案中，所述能量提供装置还包括电极。在一些实施方案中，所述电极是基于碳的电极。在一些实施方案中，所述基于碳的电极是基于碳的基板。在一些实施方案中，基于石墨烯的电极包括多孔石墨烯基质。在一些实施方案中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量提供装置，其包括经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.01 US 62/428899;2017.11.20 US 62/5886131.一种能量提供装置，其包括经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板。2.如权利要求1所述的能量提供装置，其中所述经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板包含具有式I的结构的化合物：其中A选自－C(＝O)－和-(SO2)-；L选自-OQ、－O-、-N+R3HQ和-NR3Q；Q是由下式表示的结构：Z选自-CR6aR6b-、-C(＝O)-、-C(＝NH)-和-C(＝NH)NR7-；m是选自0、1、2、3、4、5、6、7和8的整数；R1a和R1b中的每一者独立地选自氢和卤素；R2a和R2b中的每一者是卤素；R3当存在时选自氢和C1-C4烷基；R4a和R4b中的每一者当存在时独立地选自氢、卤素、-CN、-OH、-NR8aR8b、-NR8aR8bH+、C1-C4烷基、C1-C4单卤代烷基、C1-C4多卤代烷基、-SO3-、-SO3R9、-CO2-和-CO2R9；R5a、R5b和R5c中的每一者独立地选自氢、卤素、-CN、-OH、-NR10aR10b、－NR10aR10bR10c+、C1-C4烷基、C1-C4单卤代烷基、C1-C4多卤代烷基、-SO3-、-SO3R11、-CO2-和－CO2R11；R6a和R6b中的每一者当存在时独立地选自氢、卤素、-CN、-OH、-NR12aR12b、-NR12aR12bH+、C1-C4烷基、C1-C4单卤代烷基、C1-C4多卤代烷基、-SO3-、-SO3R13、-CO2-和-CO2R13；R7当存在时选自氢和C1-C4烷基；R8a和R8b中的每一者当存在时独立地选自氢和C1-C4烷基；R9当存在时选自氢和C1-C4烷基；R10a、R10b和R10c中的每一者当存在时独立地选自氢、C1-C4烷基、－(C1-C8亚烷基)SO3-、-(C1-C8亚烷基)SO3H、-(C1-C8亚烷基)CO2-和－(C1-C8亚烷基)CO2H；R11当存在时选自氢和C1-C4烷基；R12a和R12b中的每一者当存在时独立地选自氢和C1-C4烷基；R13当存在时选自氢和C1-C4烷基，并且条件为所述化合物是带电荷的或两性离子的。3.如权利要求2所述的能量提供装置，其中所述化合物具有选自以下的结构：4.如权利要求2所述的能量提供装置，其中所述化合物具有选自以下的结构：5.如权利要求2所述的能量提供装置，其中Q选自：6.如权利要求2所述的能量提供装置，其中所述式I的化合物是：7.如权利要求1或2所述的能量提供装置，其中所述基板包括隔板。8.如权利要求1或2所述的能量提供装置，其还包括设置在所述经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板上面的电解质。9.如权利要求1或2所述的能量提供装置，其还包括电极。10.如权利要求1-9中任一项所述的能量提供装置，其中所述能量提供装置包括电池、超级电容器或燃料电池。11.一种制作经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板的方法，包括：a)使基板与醇接触达足以使所述醇浸透所述基板的时间；b)将所浸透的基板与包含带电荷的化合物或两性离子化合物的溶液一起温育至少30秒；以及c)将步骤b)的所述基板暴露在光源下至少30秒，从而产生所述经带电荷的化合物改性的基板或经两性离子改性的基板。12.如权利要求11所述的方法，其中所述带电荷的化合物或两性离子化合物是具有式I的结构的化合物：其中A选自-C(＝O)-和-(SO2)-；L选自-OQ、-O-、-N+R3HQ和-NR3Q；Q是由下式表示的结构：Z选自-CR6aR6b-、-C(＝O)-、-C(＝NH)-和-C(＝NH)NR7-；m是选自0、1、2、3、4、5、6、7和8的整数；R1a和R1b中的每一者独立地选自氢和卤素；R2a和R2b中的每一者是卤素；R3当存在时选自氢和C1-C4烷基；R4a和R4b中的每一者当存在时独立地选自氢、卤素、-CN、-OH、-NR8aR8b、-NR8aR8bH+、C1-C4烷基、C1-C4单卤代烷基、C1-C4多卤代烷基、-SO3-、-SO3R9、-CO2-和-CO2R9；R5a、R5b和R5c中的每一者独立地选自氢、卤素、－CN、-OH、-NR10aR10b、-NR10aR10bR10c+、C1-C4烷基、C...

【专利技术属性】
技术研发人员：BT麦克弗里，RS乔丹，RB凯纳，E劳，
申请(专利权)人：加州大学评议会，
类型：发明
国别省市：美国,US