CN109643817A - 离子液体在电化学中作为辅助剂的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离子液体在电化学中作为辅助剂的用途。更特别地，本发明涉及离子液体用于使至少一种有机分子在水相中增溶或者增加其水溶解度的用途。

Description

离子液体在电化学中作为辅助剂的用途
技术领域
本发明涉及离子液体在电化学中作为辅助剂的用途。
更特别地，本发明涉及离子液体用于使至少一种有机分子在水相中增溶或者增加其水溶解度的用途。
背景技术
溶液是大量的化合物和少量的化合物的混合物。大量的化合物被称作溶剂，并且少量的化合物被称作溶质。所获得的溶剂和溶质的混合物构成由于在溶质和溶剂之间存在分子间相互作用而保持均匀的液相。该现象被定义为溶解并且限于一定量的溶质，超过该一定量则达到饱和。在该阶段，溶质不再溶解并且溶液变得不均匀。多余的溶质导致形成第二相，该第二相通常为固体性质，但是其可有时以与初始溶液不混溶的液体形式出现。
为了优化分子的增溶，最简单的方法是基于以单位为德拜(D)的偶极距μ表征的所述分子的极性推断。因而，非极性有机分子将可溶于非极性或者具有低极性(μ<1D)的溶剂如己烷、环己烷、四氯化碳、甲苯等中。相反地，极性分子的溶解通过极性溶剂(μ>1.5D)如水、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮等而改善。
在以获得大量的期望产品为目的的化学合成的情况下，分子在溶剂中的低溶解度是制约因素。该限制必然导致使用增加体积的溶剂，这很快变得难以处理。然而一旦有必要在导电的溶液中溶解分子，该制约因素会变得难以克服。在这方面，有必要一方面考虑导电盐的溶解，另一方面考虑有机分子的溶解。可被称为分子电解质溶液的这些溶液特别指向通过电化学(电合成)方式的合成以及用于电化学存储(电池和蓄电池)的方法。它们的实施涉及被证明彼此产生相反作用的两个溶解步骤。
第一步骤在于溶解离子盐(例如：NaCl、Na2SO4、KOH、KCl等)，其目的在于释放至少0.1mol/L的正电荷和负电荷以便确保离子电导率。盐的溶解通过极性溶剂促进，并且解离电荷的能力通过溶剂的相对介电常数值εr测量。介电常数增加的极性溶剂如水(εr＝80)容易分离正电荷和负电荷。相比之下，低介电常数的溶剂如乙酸(εr＝6.2)不分离电荷并且优选地形成导致低离子电导率的离子对。
第二步骤在于溶解有机分子。令人遗憾的是，具有最大解离能力的极性溶剂如水、碳酸丙烯酯或甲酸由于它们的特性而是用于增溶这些通常包含低极性或非极性基团(如脂族或者芳族基团或者一种或多种非离子化官能团如：-NH2；-COOH；SO3H等)的分子的非常不良的溶剂。最后，这些分子优选地可溶于非极性溶剂中。
总之，为了开发分子电解质溶液，溶剂应当既是极性的又是非极性的并且应当具有增加的相对介电常数。令人遗憾的是，具有这些参数的溶剂并不存在。以下的实例说明了该问题。传统的盐例如NaCl、KCl、Na2SO4非常可溶于相对介电常数增加的极性溶剂中。应当注意，由于这两个参数(极性以及介电常数)的组合，水是唯一能够形成下述这样的溶液的溶剂：该溶液的离子电导率使得能够在浸没于该溶液中的两个电极之间实现1A/cm2的电流强度。令人遗憾的是，水是在增溶含有非极性基团的有机分子方面不太有效的溶剂。
相反，对有机分子非常增溶的有机溶剂如二氯甲烷将不溶解或者将仅较差地溶解传统的离子盐，这使得其成为非常差的电流导体。不过存在中间的溶剂，例如可同时溶解有机分子和离子盐的DMSO。然而，由于其相对介电常数的缺点，DMSO是很难带来任何解离的溶剂，其导致出现很少的溶解的电荷，这限制了该介质的离子电导率。
因此，目前溶解度的增加仅可通过改变电解质盐或者有机分子的性质来提供。然而这两种转变很快显露了它们的局限性：
电解质盐：有机分子优选地可溶于有机溶剂(二氯甲烷、乙腈等)中并且因此所关心的是在有机介质中增溶正电荷和负电荷以便提供电解质溶液。一种解决方案是使用其中正电荷或者负电荷被非极性环境保护的分子离子。例如对于四正丁基六氟磷酸铵就是这种情况。
事实上，在四正丁基铵的情况下，对于每一个离子，电荷被约束在分子结构中心，并且考虑到非极性环境，表面电荷密度是低的，这导致这些离子与高极性或者低极性的有机溶剂的亲和性。该方法导致盐的良好增溶，但是却导致离子的低解离。溶液的电导率保持低，并且考虑到这些盐的非常高的购买价格，在这些条件下提供工业电解方法似乎不大可能。该技术仅表现在分析水平，其仅利用在cm3范围内的低溶液体积。
有机分子：该策略与前一种相反。其基于溶剂的考虑，利用该溶剂离子电导率是最高的。水就是这种情况，水是最佳的候选者，因为在高浓度下的非有机离子盐(NaCl、Na2SO4等)的溶解并不造成任何问题。另外，通过使用由无机化合物NaOH、KOH、HCl、H2SO4等释放的OH-或者H3O+离子可控制溶液的pH。在这种情况下，仅可在以下这样的某些条件下执行有机分子的增溶：
-当分子携带–OH官能团(在糖的情况下)或者较低程度的SH官能团(在一些氨基酸的情况下)时。
-当在溶液中出现以下可离子化的官能团时：-NH3 +，-COO-，-SO3 -。
该策略在低分子量的有机分子的情况下是令人满意的，在该情况下与水和增溶性官能团的相互作用是强的。相比之下，一旦脂族链以及芳族环在尺寸上增加(这是通常情况)，则强制它们伴随有大量的离子化官能团以便确保分子的溶解度。因此，有必要提供相继的化学合成步骤以便官能化目标分子。该方法是困难的，并且成本取决于所设想的步骤数而增加。另外，存在一旦进行各种改性，它们将导致改变分子最初的化学性能的风险。
当进行电化学方法时，电活性有机分子在导电溶液中的增溶因此是主要的问题。该困难与载体电解质以及具有不同物理化学性能的有机分子在同一溶剂中的增溶有关。最适合的方法是化学改性有机分子或者载体电解质以便优化它们与适合的溶剂的亲和性。然而，溶解度的这种增加基于提供多个化学合成步骤的需求，其很快被证明是繁琐的。因此，在工业环境中，该方法不适合用于提供具有增加的分子浓度的高体积分子电解质溶液。
发明内容
因而，本发明的目的之一在于增加可溶或者难溶有机分子在水溶液中的溶解度而不成倍增加合成步骤。
本发明进一步的目的在于使不可溶于水溶液中的有机分子增溶而不成倍增加合成步骤。
本发明进一步的目的在于提供用于使有机分子水性增溶的方法。
本发明进一步的目的在于提供用于进行电化学存储方法的电解装置。
本发明也涉及至少一种离子液体用于增加至少一种有机分子在含有至少一种无机盐的水溶液中的溶解度并且获得电解质溶液的用途，其中所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子以至少基本上化学计量的量存在于所述水溶液中。
本发明人已经令人惊讶地发现，向至少一种可溶或者难溶于水溶液的有机分子添加至少基本上化学计量的量的离子液体使得能够增加所述分子在水溶液中的溶解度。
在本发明的意义内，表述“增加至少一种有机分子(…)的溶解度”是指在不存在离子液体的情况下，有机分子在所考虑的水溶液中不可溶、难溶或者可溶。
对于不可溶的有机分子，离子液体的添加使得能够在水溶液中实现0.1M的有机分子浓度。
对于难溶或者可溶的有机分子，离子液体的添加使得能够将有机分子在水溶液中的浓度乘以1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或者甚至5倍。在水溶液中溶解度的这种增加的倍数取决于所考虑的有机分子的分子量。
术语“水溶液”是指主要包含水的液相。该液相可任选地还包含一种或者多种添加剂。添加剂是以少量添加的化合物或者化合物的混合物，其作用是改变溶液的性能。在本发明的意义内，术语“添加剂”进一步是指尚未包含在本发明的电解质溶液中的任何物质，也就是说除了离子液体、有机分子或者无机盐(在下文中定义)之外的化合物或者化合物的混合物。本发明的添加剂例如选自与水可溶的有机溶剂(DMSO、乙腈、甲醇、乙醇等)或者弱酸及其共轭碱的混合物以便形成酸性缓冲溶液或者弱碱及其共轭酸的混合物以便形成碱性缓冲溶液。术语“缓冲溶液”被理解为是指这样的溶液：尽管添加少量的酸或碱或者尽管稀释，该溶液的pH保持大致恒定。术语“pH保持大致恒定”是指可观察到小于或者等于1pH单位的偏差。“酸性缓冲溶液”表示其pH为1至7的缓冲溶液。“碱性缓冲溶液”表示其pH为7至13的缓冲溶液。在液相中添加剂的比例不超过2mol/L。
表述“主要包含水的液相”包含由至少70％的水构成的液相。
术语“电解质溶液”是指含有离子的水溶液。在本发明的意义内，该术语定义其电导率大于或者等于40mS/cm的溶液。
“离子液体”是在通常小于100℃的温度下、有利地在小于或等于环境温度的温度下呈液态的由阳离子和阴离子的缔合形成的盐。
本发明的离子液体是辅助剂，因为其以远小于溶剂的量被引入。其目的是调节有机分子在水中的溶解度。本发明的离子液体因此是因其在电解质溶液中的比例而不会与溶剂混淆的具有增溶作用的辅助剂。
在本发明的意义内，术语“至少基本上化学计量的量”是指离子液体和有机分子的摩尔量的比为至少0.8。该比可达到5的值。该比的上限使得能够保持大于或者等于40mS/cm的电解质溶液的电导率。在本发明中，离子液体和有机分子的摩尔量的比可因此采取例如以下的值：0.8、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或者5。
当离子液体以太大的量被引入到溶液中时，电化学响应由于溶液的电导率的下降而显著降低。实际上，当超过为有机分子浓度5倍的离子液体浓度时，电解质溶液的电阻增加得非常快。在这些条件下，这些混合物变得不适合用在其中产生强电流的电化学方法中。
相反地，对于小于0.8的离子液体和有机分子的摩尔量的比，电化学响应得到了改善。然而，溶液很快变得越来越“糊状”并且在几分钟之后开始凝固。在这些条件下的离子液体不再能够保证其增溶的作用。
以S/cm表示的“电导率”定义了溶液允许电荷自由移动并且因而允许电流通过的能力。因而，电导率的概念和离子移动性的概念是关联的并且同时变化。电导率的概念另外是反映成分阻挡电流通过的性能的“电阻”概念的反义词。
根据一种实施方案，本发明涉及至少一种离子液体用于增加至少一种难溶或者可溶的有机分子在含有至少一种无机盐的水溶液中的溶解度并且获得电解质溶液的用途，其中所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子以至少基本上化学计量的量存在于所述水溶液中。
表述“增加至少一种难溶或者可溶的有机分子(…)的溶解度”是指在不存在离子液体的情况下，有机分子在所考虑的水溶液中难溶或者可溶。
离子液体的添加因而使得能够将有机分子在水溶液中的浓度乘以1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或者甚至5倍。在水溶液中溶解度的这种增加倍数取决于所考虑的有机分子的分子量。
根据一种实施方案，本发明涉及至少一种离子液体用于增加至少一种有机分子在含有至少一种无机盐的水溶液中的溶解度并且获得电解溶液的用途，其中所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子以基本上化学计量的量存在于所述水溶液中。
本发明人令人惊讶地发现，向至少一种难溶或者可溶于水溶液的有机分子添加基本上化学计量的量的离子液体使得能够增加所述分子在水溶液中的溶解度。
在本发明的意义内，术语“基本上化学计量的量”是指离子液体和有机分子的摩尔量的比为至少0.8至1.2的值。
在这些条件下，电解质溶液的电导率是最佳的。
根据一种实施方案，本发明涉及至少一种离子液体用于使至少一种有机分子在含有至少一种无机盐的水溶液中增溶以及获得电解质溶液的用途，其中所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子以至少基本上化学计量的量存在于所述水溶液中。
本发明人令人惊讶地发现，向至少一种不可溶于水溶液的有机分子添加至少基本上化学计量的量的离子液体使得能够将所述分子在水溶液中增溶。
表述“使至少一种有机分子(…)增溶”是指不可溶于水溶液的有机分子的水性增溶。
在本发明的意义内，表述“不可溶于水溶液的有机分子”被认为是指在不存在离子液体的情况下，有机分子在水溶液中具有小于0.1M的溶解度。离子液体的添加使得能够实现有机分子在水溶液中0.1M的浓度。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述亲水性阴离子选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、氯化根(chlorure)、碘化根(iodure)、四氟硼酸根、硫氰酸根、二氰胺、三氟乙酸根、硝酸根或者六氟磷酸根阴离子。
根据本发明的一种更加有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述亲水性阴离子选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、四氟硼酸根或者二氰胺阴离子。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含芳族杂环阳离子。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含芳族杂环阳离子，选自咪唑吡啶或者喹啉
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和芳族杂环阳离子。
根据本发明的一种优选实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体选自化学式(I-a)的乙烷硫酸吡啶化学式(I-b)的乙烷硫酸咪唑化学式(I-c)的甲烷硫酸咪唑化学式(I-d)的二氰胺咪唑化学式(I-e)的四氟硼酸咪唑或者化学式(I-f)的甲烷硫酸喹啉
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含脂族阳离子。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含选自铵的脂族阳离子。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和脂族阳离子。
根据本发明的一种优选实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体是化学式(I-g)的甲烷硫酸铵：
根据一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和芳族杂环阳离子或者脂族阳离子；
所述亲水性阴离子特别选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、氯化根、碘化根、四氟硼酸根、硫氰酸根、二氰胺、三氟乙酸根、硝酸根或者六氟磷酸根阴离子，优选选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、四氟硼酸根或者二氰胺阴离子；
所述芳族杂环阳离子特别选自咪唑吡啶或者喹啉或者所述脂族阳离子特别选自铵；
所述至少一种离子液体更优选选自化学式(I-a)的乙烷硫酸吡啶化学式(I-b)的乙烷硫酸咪唑化学式(I-c)的甲烷硫酸咪唑化学式(I-d)的二氰胺咪唑化学式(I-e)的四氟硼酸咪唑化学式(I-f)的甲烷硫酸喹啉或者化学式(I-g)的甲烷硫酸铵。
也可以使用多种离子液体作为辅助剂，这特别取决于其性能。实际上，离子液体可具有与待增溶的有机分子的强亲和性，但是其熔点或者粘度可能太高以至于不能获得溶液。在该情形下，可添加具有更适合性能的第二离子液体以获得溶液，同时增加辅助剂的增溶能力。在该情形下，该离子液体使得能够同时调节该至少一种有机分子的溶解度以及该电解质溶液的粘度。
“粘度”被定义为对在材料主体中均匀且无湍流的流动的抗性。当粘度增加时，流体流动的能力下降。任选地存在于该流体中的离子因而随着增加的抗性而移动。粘度的上升因而也与溶液电导率的降低有关。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述电解质溶液包含两种不同的离子液体。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述电解质溶液包含两种不同的离子液体，该两种离子液体以等摩尔的量存在并且以相对于所述至少一种有机分子来说为化学计量的量一起存在。
根据一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体以相对于溶液的总体积计为5至20％、特别是10至20％、特别为10％的体积百分比存在。
当低于5％体积时，离子液体不是以相对于有机分子来说足以确保其增溶辅助剂作用的量引入。
对于从5％体积的值至小于10％体积的值，离子液体的添加使得能够增加有机分子在水溶液中的溶解度而不必然达到有机分子在水中的最大溶解度。该最大值通过添加与相对于溶液总体积计10％体积对应的离子液体而获得。
因而，对于等于1的化学计量比，所获得的有机分子的增溶是最大的。相比之下，当离子液体的摩尔数小于有机分子摩尔数的一半时，则不再可能增溶。
作为实例，茜素在2M KOH的水溶液中在0.1M浓度下是可溶的。通过添加10％的离子液体，茜素在2M KOH的水溶液中的浓度上升至0.5M。然而，5％离子液体使得能够增溶0.25M的茜素，这对应于大于茜素在没有添加离子液体的2M KOH的水溶液中的浓度的浓度但是低于通过添加10％体积的离子液体获得的浓度的浓度。
当超过20％体积时，离子液体在本发明的意义内被认为是溶剂。相对于溶液的总体积计为大于20％体积的离子液体的百分比因此并不构成本发明的一部分。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子是极性的或者非极性的。
术语“极性的”和“非极性的”是指在构成有机分子的原子之间的电负性差异。元素的电负性是其吸引电子朝向它的倾向。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子是极性的。
根据本发明的另一有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子是非极性的。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子是电活性的。
在本发明的意义内，术语“电活性的有机分子”是指有机分子被可逆地氧化和/或还原的能力。可逆性通过在一个物种的氧化电势和还原电势之间的差值来证明。在25℃下57mV的差值表征了可逆的氧化还原作用的现象。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子具有100至600g/mol的分子量。
该范围包括被称作“小”和“大”的有机分子。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子具有100至200g/mol的分子量。
分子量为100至200g/mol的有机分子在本发明的意义内被认为是“小”有机分子。该类别的分子通常在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子具有200至600g/mol的分子量。
分子量为200至600g/mol的有机分子在本发明的意义内被认为是“大”分子。其在没有离子液体的水中的溶解度通常为0M至0.2M。
当超过600g/mol时，有机分子引起过高的水溶液粘度，将溶液的电导率降低至低于40mS/cm的阈值，该阈值定义在本发明的意义内的电解质溶液。
根据一种实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子具有1至4个稠合芳环、优选1至3个稠合芳环、更优选1个芳环或者3个稠合芳环。
当超过4个稠合芳环时，分子间相互作用太强以至于不允许离子液体以至少基本上化学计量的量添加以在水溶液中使有机分子增溶。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类、邻萘醌类或蒽醌类的族。
根据本发明的一种更有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类或邻萘醌类的族。来自这些族的有机分子属于在本发明的意义内的“小”分子的分类。
根据本发明的另一更有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子选自蒽醌的族。
来自蒽醌的族的分子属于“大”分子的分类。
根据一种有利的实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化。
本发明人已经发现，随着接近两个羰基官能团之一(也就是说在两个羰基官能团之一的α或者β位置)的羟基基团的存在，确保了分子的电化学可逆性。另外，羟基官能团的存在改善了在水中的溶解度并且特别是在碱性介质中的溶解度。
根据一种有利的实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化并且具有100至200g/mol的分子量。
根据一种有利的实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化并且具有200至600g/mol的分子量。
根据本发明的一种优选的实施方案，关于离子液体的用途，所述至少一种有机分子选自化学式(II-a)至(II-i)的化合物：
根据一种实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子是极性的或者非极性的；和/或
所述至少一种有机分子是电活性的；和/或
所述至少一种有机分子具有100至600g/mol、特别为100至200g/mol或者200至600g/mol的分子量；和/或
所述至少一种有机分子特别地具有1至4个稠合芳环、优选1至3个稠合芳环、更优选1个芳环或者3个稠合芳环；和/或
所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化；
特别是所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类、邻萘醌类或蒽醌类的族，优选选自化学式(II-a)至(II-i)的化合物。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0M至小于0.1M值的溶解度。
如此定义的该有机分子在本发明的意义内被认为不可溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于发明人的如下意外发现：当相对于有机分子添加5当量的离子液体时，这种有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加至最高0.1M。
在本发明的意义内，表述“在没有离子液体的水中的溶解度”是指在不存在离子液体的情况下，如在本发明中定义的有机分子在水溶液中的溶解度。
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.1M至0.2M的溶解度。
如此定义的有机分子在本发明的意义内被认为难溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于本发明人的如下意外发现：当添加相对于有机分子为化学计量的量的离子液体时，难溶的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加。离子液体的添加将使有机分子在水溶液中的溶解度乘以3或者5。
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
如此定义的有机分子在本发明的意义内被认为可溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于本发明人的如下意外发现：通过添加相对于有机分子为化学计量的量的离子液体，可溶的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加至最高达1M的溶解度。
当电活性的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度超过0.5M时，含有这种有机分子的电解质溶液可在不添加离子液体的情况下被用在蓄电池中。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0M至小于0.1M的值的溶解度；或者
所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.1M至0.2M的溶解度；或者
所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
根据一种实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子各自以0.1M至1M、优选0.1M至0.6M的浓度存在。
在这些浓度条件下，离子液体在本发明的意义内是辅助剂并且不能被认为是溶剂。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种无机盐是酸性盐、碱性盐或者中性盐。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种无机盐是选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4的强中性盐。
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种无机盐是选自HCl、H2SO4、HClO4的强酸。
强酸使得能够在高浓度(也就是说在大于或者等于1M的浓度)下获得增加的溶液电导率，因为电荷(阴离子以及质子)是完全解离的。在本发明的意义内，如果1A的电流在1cm2表面并且彼此距离1cm设置的两个电极之间循环，则可将电导率定义为“增加的”。当溶解的带电粒子是所有离子中最可移动的种类(在OH-之前)质子时，获得该值。
在低于或者等于1的pH下，不添加添加剂，电解质溶液的pH几乎不改变。在这些条件下，只有H+离子确保溶液的电导率，其被认为是“增加的”。
pH大于1且小于或者等于7的溶液借助于包含弱酸及其共轭碱的混合物的添加剂进行缓冲，也就是说溶液的pH将改变非常小。
使得能够获得pH为在大于1的值和小于或者等于7的值之间的缓冲溶液的弱酸及其共轭碱的混合物及它们的比例是本领域技术人员已知的。例如，混合物CH3COOH/CH3COO-,Na+使得能够获得pH为3.8至5.8的缓冲溶液。对于pH为1.9至3.9的溶液，可选择混合物ClCH2COOH/ClCH2COO-,Na+。该缓冲溶液有利地包含0.1至2M的弱酸及其共轭碱的混合物的浓度。
在具有混合物CH3COOH/CH3COO-,Na+的缓冲的酸性水溶液中，借助于以多数存在的离子(也就是说CH3COO-和Na+)的移动性确保电导率。由于离子CH3COO-和Na+大于质子H+，因此它们在溶液中移动更慢并且与pH小于或者等于1的非缓冲酸性水溶液相比有助于降低电导率。
为了确保良好的离子电导率，需要至少一种2M的缓冲溶液，其释放1M的溶解的正电荷和负电荷。
最后，导电缓冲溶液在各种有机和无机离子方面是非常浓的，这妨碍了有机分子的溶解度。在该情况下，该溶液可被缓冲例如在0.1和0.5M之间，并且介质的电导率通过添加中性无机盐而增加。
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种无机盐包含两种无机盐。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述两种无机盐选自中性无机盐和酸性无机盐。
特别是，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且酸性无机盐选自强酸HCl、H2SO4、HClO4。
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种无机盐为选自NaOH、KOH、LiOH的强碱。
在大于或者等于13的pH下，不添加添加剂，电解质溶液的pH几乎不改变。在这些条件下，只有HO-离子确保溶液的电导率。
pH为大于或者等于7且小于13的溶液借助于包含弱碱及其共轭酸的混合物的添加剂被缓冲，也就是说溶液的pH将改变很小。使得能够获得pH在大于或者等于7的值和小于13的值之间的缓冲溶液的弱碱及其共轭酸的混合物及它们比例是本领域技术人员已知的。该缓冲也有助于确保电解质溶液的电导率。然而在该情况下，与非缓冲的碱性溶液的电导率相比，电导率保持降低，但是也可通过碱性无机盐的添加而增加。根据本发明的至少一种离子液体的用途因而包含两种无机盐。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述两种无机盐选自中性无机盐和碱性无机盐。
特别是，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且碱性无机盐选自强碱NaOH、KOH、LiOH。
在强酸或者强碱的溶液中，强中性盐(完全解离)使得能够增加电导率而不增加已经显著量(至少0.5mol/L)的质子或者氢氧根。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述无机盐具有0.5至3M、更特别为1M至2.5M、优选2M的浓度。
当低于0.5M时，在水溶液中的离子的量太少以至于不能实现40mS/cm的本发明电解质溶液的电导率。
当超过3M的无机盐时，并且取决于其性质，可能会出现多种现象，因为本发明的电解质溶液是高度带分子和离子电荷的(有机分子+离子液体+无机盐)。因而，1)无机盐可在所考虑的溶液中处于其溶解度极限，2)无机盐可使溶液饱和并且其过量可导致有机分子的不可溶性，3)当超过饱和度时，无机盐可出现具有两个不同密度的液相。
根据一种实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述至少一种无机盐为酸性盐、碱性盐或者中性盐；
特别是所述至少一种无机盐为选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4的强中性盐；或者
所述至少一种无机盐为选自HCl、H2SO4、HClO4的强酸，特别是所述至少一种无机盐包含两种无机盐，特别是选自中性无机盐和酸性无机盐，优选中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且酸性无机盐选自强酸HCl、H2SO4、HClO4；或者
所述至少一种无机盐是选自NaOH、KOH、LiOH的强碱，特别是所述至少一种无机盐包含两种无机盐，特别选自中性无机盐以及碱性无机盐，优选中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且碱性无机盐选自强碱NaOH、KOH、LiOH；
特别是所述无机盐具有0.5至3M、更特别地为1M至2.5M、优选2M的浓度。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述电解质溶液具有大于40mS/cm、特别是大于100mS/cm、优选100至200mS/cm的电导率σ。
当低于40mS/cm时，电导率变低，在两个电极之间的电流强度也一样变低。因而，在电解过程中，如果电流低，则产品转化的速度也低，并且电解持续时间非常长。这种程序不能应用于工业方法。
对于蓄电池或者电池也是一样：如果电导率低，则产生的电流低。
相反地，电导率越高，则所考虑的电化学方法的效率越高。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至400cP的粘度。
1厘泊是水的粘度。
根据本发明的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至125cP的粘度。
由于在本发明中使用的溶剂是水，因此所获得的溶液的粘度不可能小于1cP。上限固定在125cP，这对应于在蓄电池模式下测试的且显示最小性能水平的电解质溶液的粘度。
根据本发明的另一有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的在大于125cP的值和400cP的值之间的粘度。如果通过离子液体的添加，电导率大于45mS/cm并且有机分子在水溶液中的溶解度达到0.5M，则在大于125cP的值和400cP的值之间的电解质溶液属于本发明。该电解质溶液被用于除蓄电池之外的装置如电解装置中。
电解是非自发的过程，是电池和蓄电池的相反过程，其能量消耗随着粘度的增加而越来越高。因而，当超过400cP时，与电解操作的执行相关的能量消耗对于工业应用而言是过高的。
根据本发明的一种实施方案，在至少一种离子液体的用途中，对于氢氧根离子浓度大于0.5mol/L的碱性溶液而言，所述电解质溶液具有-1.1V/ECS至-0.7V/ECS的半波电势。
对于其电流等于其极限值一半的电势被称作“半波电势”并且以符号E1/2表示。如果考虑在溶液中的可逆氧化还原对(Ox/Red)，则电极的电势被固定在被称为与等于0的电流强度对应的平衡电势(Eeq)的电势。该平衡电势可通过能斯特关系式计算并且因此是在溶液中的Ox和Red物种的浓度的函数。如果在正方向施加电势(Eapp)，则出现氧化电流。如果施加的电势在负方向变化，则出现还原电流。
当施加的电势与平衡电势不同并且有规律地从其偏离时，则产生电流并且其强度随着Eapp–Eeq值的增加呈指数变化。
考虑到在溶液中Ox和Red物种的置换现象，电流强度将很快稳定。事实上，电流强度将与这些物种到达电极的速度成比例。因此，即使施加的电势继续变化，电流强度也保持恒定(并且不再成指数变化)并且形成所称的扩散平台(或者plateau(平台))。在此平台下的电流强度因此是最大值并且被称作极限电流(il)。总之，在其中电流一直到形成平台均为0的平衡电势的基础上，曲线i＝f(E)大致接近被称作波的S形因而，半波电势将对应于针对位于曲线i＝f(E)上等于il除以2(il/2)的电流强度所施加的电势的值。
该半波电势是Ox/Red对的特性。
根据一种实施方案，在根据本发明的至少一种离子液体的用途中，所述电解质溶液具有大于40mS/cm、特别是大于100mS/cm、优选100至200mS/cm的电导率σ；和/或
所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至400cP的粘度，特别是在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至125cP的粘度，或者是在20℃下以25s-1的剪切速率测量的在大于125cP的值和400cP的值之间的粘度；和/或
所述电解质溶液对于其氢氧根离子浓度大于0.5mol/L的碱性溶液而言具有-1.1V/ECS至-0.7V/ECS的半波电势。
本发明还涉及用于使至少一种有机分子水性增溶的方法，包括向可含有无机盐的水溶液中以至少基本上化学计量的量添加所述至少一种有机分子以及至少一种离子液体的步骤。
根据本发明方法的一种实施方案，向所述水溶液中以至少基本上化学计量的量添加所述至少一种有机分子以及所述至少一种离子液体的步骤之后是使至少一种无机盐在所述水溶液中增溶的步骤。
根据本发明方法的另一实施方案，使至少一种无机盐在所述水溶液中增溶的步骤之后是向所述水溶液中以至少基本上化学计量的量添加所述至少一种有机分子以及所述至少一种离子液体的步骤。
根据本发明方法的一种实施方案，向所述水溶液中以至少基本上化学计量的量添加所述至少一种有机分子以及所述至少一种离子液体的步骤之后或之前是使至少一种无机盐在所述水溶液中增溶的步骤。
根据一种实施方案，在本发明的方法中，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述亲水性阴离子选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、氯化根、碘化根、四氟硼酸根、硫氰酸根、二氰胺、三氟乙酸根、硝酸根或者六氟磷酸根阴离子。
根据本发明的一种更加有利的实施方案，所述亲水性阴离子选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、四氟硼酸根或者二氰胺阴离子。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种离子液体包含芳族杂环阳离子。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含芳族杂环阳离子，选自咪唑吡啶或者喹啉
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和芳族杂环阳离子。
根据本发明方法的一种优选实施方案，所述至少一种离子液体选自化学式(I-a)的乙烷硫酸吡啶化学式(I-b)的乙烷硫酸咪唑化学式(I-c)的甲烷硫酸咪唑化学式(I-d)的二氰胺咪唑化学式(I-e)的四氟硼酸咪唑或者化学式(I-f)的甲烷硫酸喹啉
根据本发明方法的另一实施方案，所述至少一种离子液体包含脂族阳离子。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含选自铵的脂族阳离子。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和脂族阳离子。
根据本发明方法的一种优选实施方案，所述至少一种离子液体是化学式(I-g)的甲烷硫酸铵：
也可以使用多种离子液体作为辅助剂，这特别取决于其性能。实际上，离子液体可具有与待增溶的有机分子的强亲和性，但是其熔点或者粘度可能太高以至于不能获得溶液。在该情形下，可添加具有更适合性能的第二离子液体以获得溶液，同时增加辅助剂的增溶能力。在该情形下，该离子液体使得能够同时调节该至少一种有机分子的溶解度以及该电解质溶液的粘度。
根据本发明方法的一种实施方案，所述电解质溶液包含两种不同的离子液体。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述电解质溶液包含两种不同的离子液体，该两种离子液体以等摩尔的量存在并且以相对于所述至少一种有机分子来说为至少基本上化学计量的量一起存在。
根据一种实施方案，在本发明的方法中，所述至少一种离子液体以相对于溶液的总体积计为5至20％、特别是10至20％、特别为10％的体积百分比存在。
当低于5％体积时，离子液体不是以相对于有机分子来说足以确保其增溶辅助剂作用的量引入。
对于从5％体积的值至小于10％体积的值，离子液体的添加使得能够增加有机分子在水溶液中的溶解度而不必然达到有机分子在水中的最大溶解度。该最大值通过添加与相对于溶液总体积计10％体积对应的离子液体而获得。
因而，对于等于1的化学计量比，所获得的有机分子的增溶是最大的。相比之下，当离子液体的摩尔数小于有机分子摩尔数的一半时，则不再可能增溶。
作为实例，茜素在2M KOH的水溶液中在0.1M浓度下是可溶的。通过添加10％的离子液体，茜素在2M KOH的水溶液中的浓度上升至0.5M。然而，5％离子液体使得能够增溶0.25M的茜素，这对应于大于茜素在没有添加离子液体的2M KOH的水溶液中的浓度的浓度但是低于通过添加10％体积的离子液体获得的浓度的浓度。
当超过20％体积时，离子液体在本发明的意义内被认为是溶剂。相对于溶液的总体积计为大于20％体积的离子液体的百分比因此并不构成本发明的一部分。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种有机分子是极性的或者非极性的。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述至少一种有机分子是极性的。
根据本发明方法的另一有利的实施方案，所述至少一种有机分子是非极性的。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种有机分子是电活性的。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种有机分子具有100至600g/mol的分子量。
该范围包括被称作“小”和“大”的有机分子。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种有机分子具有100至200g/mol的分子量。
分子量为100至200g/mol的有机分子在本发明的意义内被认为是“小”有机分子。该类别的分子通常在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
根据本发明方法的另一实施方案，所述至少一种有机分子具有200至600g/mol的分子量。
分子量为200至600g/mol的有机分子在本发明的意义内被认为是“大”分子。其在没有离子液体的水中的溶解度通常为0M至0.2M。
当超过600g/mol时，有机分子引起过高的水溶液粘度，将溶液的电导率降低至低于40mS/cm的阈值，该阈值定义在本发明的意义内的电解质溶液。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种有机分子具有1至4个稠合芳环、优选1至3个稠合芳环、更优选1个芳环或者3个稠合芳环。
当超过4个稠合芳环时，分子间相互作用太强以至于不允许离子液体以至少基本上化学计量的量添加以在水溶液中使有机分子增溶。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类、邻萘醌类或蒽醌类的族。
根据本发明方法的一种更有利的实施方案，所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类或邻萘醌类的族。来自这些族的有机分子属于在本发明的意义内的“小”分子的分类。
根据本发明方法的另一更有利的实施方案，所述至少一种有机分子选自蒽醌的族。
来自蒽醌的族的分子属于“大”分子的分类。
根据一种有利的实施方案，在本发明的方法中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化。
本发明人已经发现，随着接近两个羰基官能团之一(也就是说在两个羰基官能团之一的α或者β位置)的羟基基团的存在，确保了分子的电化学可逆性。另外，羟基官能团的存在改善了在水中的溶解度并且特别是在碱性介质中的溶解度。
根据一种有利的实施方案，在本发明的方法中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化并且具有100至200g/mol的分子量。
根据一种有利的实施方案，在本发明的方法中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化并且具有200至600g/mol的分子量。
根据本发明方法的一种优选的实施方案，所述至少一种有机分子选自化学式(II-a)至(II-i)的化合物：
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0M至小于0.1M值的溶解度。
如此定义的该有机分子在本发明的意义内被认为不可溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于发明人的如下意外发现：当相对于有机分子添加5当量的离子液体时，这种有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加至最高0.1M。
在本发明的意义内，表述“在没有离子液体的水中的溶解度”是指在不存在离子液体的情况下，如在本发明中定义的有机分子在水溶液中的溶解度。
根据本发明方法的另一实施方案，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.1M至0.2M的溶解度。
如此定义的有机分子在本发明的意义内被认为难溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于本发明人的如下意外发现：当添加相对于有机分子为化学计量的量的离子液体时，难溶的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加。离子液体的添加将使有机分子在水溶液中的溶解度乘以3或者5。
根据本发明方法的另一实施方案，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
如此定义的有机分子在本发明的意义内被认为可溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于本发明人的如下意外发现：通过添加相对于有机分子为化学计量的量的离子液体，可溶的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加至最高达1M的溶解度。
当电活性的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度超过0.5M时，含有这种有机分子的电解质溶液可在不添加离子液体的情况下被用在蓄电池中。
根据一种实施方案，在本发明的方法中，所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子各自以0.1M至1M、优选0.1M至0.6M的浓度存在。
在这些浓度条件下，离子液体在本发明的意义内是辅助剂并且不能被认为是溶剂。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种无机盐是酸性盐、碱性盐或者中性盐。
根据本发明方法的一种实施方案，所述至少一种无机盐是选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4的强中性盐。
根据本发明方法的另一实施方案，所述至少一种无机盐是选自HCl、H2SO4、HClO4的强酸。
强酸使得能够在高浓度(也就是说在大于或者等于1M的浓度)下获得增加的溶液电导率，因为电荷(阴离子以及质子)是完全解离的。在本发明的意义内，如果1A的电流在1cm2表面并且彼此距离1cm设置的两个电极之间循环，则可将电导率定义为“增加的”。当溶解的带电粒子是所有离子中最可移动的种类(在OH-之前)质子时，获得该值。
在低于或者等于1的pH下，不添加添加剂，电解质溶液的pH几乎不改变。在这些条件下，只有H+离子确保溶液的电导率，其被认为是“增加的”。
pH大于1且小于或者等于7的溶液借助于包含弱酸及其共轭碱的混合物的添加剂进行缓冲，也就是说溶液的pH将改变非常小。使得能够获得pH为在大于1的值和小于或者等于7的值之间的缓冲溶液的弱酸及其共轭碱的混合物及它们的比例是本领域技术人员已知的。例如，混合物CH3COOH/CH3COO-,Na+使得能够获得pH为3.8至5.8的缓冲溶液。对于pH为1.9至3.9的溶液，可选择混合物ClCH2COOH/ClCH2COO-,Na+。该缓冲溶液有利地包含0.1至2M的弱酸及其共轭碱的混合物的浓度。
在具有混合物CH3COOH/CH3COO-,Na+的缓冲的酸性水溶液中，借助于以多数存在的离子(也就是说CH3COO-和Na+)的移动性确保电导率。由于离子CH3COO-和Na+大于质子H+，因此它们在溶液中移动更慢并且与pH小于或者等于1的非缓冲酸性水溶液相比有助于降低电导率。
为了确保良好的离子电导率，需要至少一种2M的缓冲溶液，其释放1M的溶解的正电荷和负电荷。
最后，导电缓冲溶液在各种有机和无机离子方面是非常浓的，这妨碍了有机分子的溶解度。在该情况下，该溶液可被缓冲例如在0.1和0.5M之间，并且介质的电导率通过添加中性无机盐而增加。
根据本发明方法的另一实施方案，所述至少一种无机盐包含两种无机盐。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述两种无机盐选自中性无机盐和酸性无机盐。
特别是，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且酸性无机盐选自强酸HCl、H2SO4、HClO4。
根据本发明方法的另一实施方案，所述至少一种无机盐为选自NaOH、KOH、LiOH的强碱。
在大于或者等于13的pH下，不添加添加剂，电解质溶液的pH几乎不改变。在这些条件下，只有HO-离子确保溶液的电导率。
pH为大于或者等于7且小于13的溶液借助于包含弱碱及其共轭酸的混合物的添加剂被缓冲，也就是说溶液的pH将改变很小。使得能够获得pH在大于或者等于7的值和小于13的值之间的缓冲溶液的弱碱及其共轭酸的混合物及它们比例是本领域技术人员已知的。该缓冲也有助于确保电解质溶液的电导率。然而在该情况下，与非缓冲的碱性溶液的电导率相比，电导率保持降低，但是也可通过碱性无机盐的添加而增加。根据本发明的至少一种离子液体的用途因而包含两种无机盐。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述两种无机盐选自中性无机盐和碱性无机盐。
特别是，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且碱性无机盐选自强碱NaOH、KOH、LiOH。
在强酸或者强碱的溶液中，强中性盐(完全解离)使得能够增加电导率而不增加已经显著量(至少0.5mol/L)的质子或者氢氧根。
根据本发明方法的一种实施方案，所述无机盐具有0.5至3M、更特别为1M至2.5M、优选2M的浓度。
当低于0.5M时，在水溶液中的离子的量太少以至于不能实现40mS/cm的本发明电解质溶液的电导率。
当超过3M的无机盐时，并且取决于其性质，可能会出现多种现象，因为本发明的电解质溶液是高度带分子和离子电荷的(有机分子+离子液体+无机盐)。因而，1)无机盐可在所考虑的溶液中处于其溶解度极限，2)无机盐可使溶液饱和并且其过量可导致有机分子的不可溶性，3)当超过饱和度时，无机盐可出现具有两个不同密度的液相。
根据本发明方法的一种实施方案，所述电解质溶液具有大于40mS/cm、特别是大于100mS/cm、优选100至200mS/cm的电导率σ。
当低于40mS/cm时，电导率变低，在两个电极之间的电流强度也一样变低。因而，在电解过程中，如果电流低，则产品转化的速度将会低，并且电解持续时间将会非常长。这种程序不能应用于工业方法。
对于蓄电池或者电池也是一样：如果电导率低，则产生的电流将会低。
相反地，电导率越高，则所考虑的电化学方法的效率越高。
根据本发明方法的一种实施方案，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至400cP的粘度。
1厘泊是水的粘度。
根据本发明方法的一种有利的实施方案，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至125cP的粘度。
由于在本发明中使用的溶剂是水，因此所获得的溶液的粘度不可能小于1cP。上限固定在125cP，这对应于在蓄电池模式下测试的且显示最小性能水平的电解质溶液的粘度。
根据本发明方法的另一有利的实施方案，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的在大于125cP的值和400cP的值之间的粘度。
如果通过离子液体的添加，电导率大于45mS/cm并且有机分子在水溶液中的溶解度达到0.5M，则在大于125cP的值和400cP的值之间的电解质溶液属于本发明。该电解质溶液被用于除蓄电池之外的装置如电池或电解装置中。
当超过400cP时，溶液的电导率不再达到45mS.cm-1。在这些条件下，自发装置如电池表现出最小性能水平。
电解是非自发的过程，是电池和蓄电池的相反过程，其能量消耗随着粘度的增加而越来越高。因而，当超过400cP时，与电解操作的执行相关的能量消耗对于工业应用而言是过高的。
根据本发明方法的一种实施方案，对于氢氧根离子浓度大于0.5mol/L的碱性溶液而言，所述电解质溶液具有-1.1V/ECS至-0.7V/ECS的半波电势。
本发明还涉及电解装置，其包含至少一种离子液体、至少一种有机分子、至少一种无机盐、水溶液以及至少一个电极，所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子以至少基本上化学计量的量存在。
根据本发明电解装置的一种实施方案，所述至少一种电极选自多孔石墨电极或者多孔金属电极，优选由镍制成的多孔金属电极。
根据一种实施方案，在本发明的装置中，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述亲水性阴离子选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、氯化根、碘化根、四氟硼酸根、硫氰酸根、二氰胺、三氟乙酸根、硝酸根或者六氟磷酸根阴离子。
根据本发明装置的一种更加有利的实施方案，所述亲水性阴离子选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、四氟硼酸根或者二氰胺阴离子。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种离子液体包含芳族杂环阳离子。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含芳族杂环阳离子，选自咪唑吡啶或者喹啉
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和芳族杂环阳离子。
根据本发明的一种优选实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体选自化学式(I-a)的乙烷硫酸吡啶化学式(I-b)的乙烷硫酸咪唑化学式(I-c)的甲烷硫酸咪唑化学式(I-d)的二氰胺咪唑化学式(I-e)的四氟硼酸咪唑或者化学式(I-f)的甲烷硫酸喹啉
根据本发明的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体包含脂族阳离子。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含选自铵的脂族阳离子。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和脂族阳离子。
根据本发明的一种优选实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种离子液体是化学式(I-g)的甲烷硫酸铵：
也可以使用多种离子液体作为辅助剂，这特别取决于其性能。实际上，离子液体可具有与待增溶的有机分子的强亲和性，但是其熔点或者粘度可能太高以至于不能获得溶液。在该情形下，可添加具有更适合性能的第二离子液体以获得溶液，同时增加辅助剂的增溶能力。在该情形下，该离子液体使得能够同时调节该至少一种有机分子的溶解度以及该电解质溶液的粘度。
根据本发明装置的一种实施方案，所述电解质溶液包含两种不同的离子液体。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述电解质溶液包含两种不同的离子液体，该两种离子液体以等摩尔的量存在并且以相对于所述至少一种有机分子来说为化学计量的量一起存在。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种离子液体以相对于溶液的总体积计为5至20％、特别是10至20％、特别为10％的体积百分比存在。
当低于5％体积时，离子液体不是以相对于有机分子来说足以确保其增溶辅助剂作用的量引入。
对于从5％体积的值至小于10％体积的值，离子液体的添加使得能够增加有机分子在水溶液中的溶解度而不必然达到有机分子在水中的最大溶解度。该最大值通过添加与相对于溶液总体积计10％体积对应的离子液体而获得。
因而，对于等于1的化学计量比，所获得的有机分子的增溶是最大的。相比之下，当离子液体的摩尔数小于有机分子摩尔数的一半时，则不再可能增溶。
作为实例，茜素在2M KOH的水溶液中在0.1M浓度下是可溶的。通过添加10％的离子液体，茜素在2M KOH的水溶液中的浓度上升至0.5M。然而，5％离子液体使得能够增溶0.25M的茜素，这对应于大于茜素在没有添加离子液体的2M KOH的水溶液中的浓度的浓度但是低于通过添加10％体积的离子液体获得的浓度的浓度。
当超过20％体积时，离子液体在本发明的意义内被认为是溶剂。相对于溶液的总体积计为大于20％体积的离子液体的百分比因此并不构成本发明的一部分。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种有机分子是极性的或者非极性的。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述至少一种有机分子是极性的。
根据本发明的另一有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种有机分子是非极性的。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种有机分子是电活性的。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种有机分子具有100至600g/mol的分子量。
该范围包括被称作“小”和“大”的有机分子。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种有机分子具有100至200g/mol的分子量。
分子量为100至200g/mol的有机分子在本发明的意义内被认为是“小”有机分子。该类别的分子通常在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
根据本发明装置的另一实施方案，所述至少一种有机分子具有200至600g/mol的分子量。
分子量为200至600g/mol的有机分子在本发明的意义内被认为是“大”分子。其在没有离子液体的水中的溶解度通常为0M至0.2M。
当超过600g/mol时，有机分子引起过高的水溶液粘度，将溶液的电导率降低至低于40mS/cm的阈值，该阈值定义在本发明的意义内的电解质溶液。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种有机分子具有1至4个稠合芳环、优选1至3个稠合芳环、更优选1个芳环或者3个稠合芳环。
当超过4个稠合芳环时，分子间相互作用太强以至于不允许离子液体以至少基本上化学计量的量添加以在水溶液中使有机分子增溶。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类、邻萘醌类或蒽醌类的族。
根据本发明装置的一种更有利的实施方案，所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类或邻萘醌类的族。来自这些族的有机分子属于在本发明的意义内的“小”分子的分类。
根据本发明装置的另一更有利的实施方案，所述至少一种有机分子选自蒽醌的族。
来自蒽醌的族的分子属于“大”分子的分类。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化。
本发明人已经发现，随着接近两个羰基官能团之一(也就是说在两个羰基官能团之一的α或者β位置)的羟基基团的存在，确保了分子的电化学可逆性。另外，羟基官能团的存在改善了在水中的溶解度并且特别是在碱性介质中的溶解度。
根据一种有利的实施方案，在本发明的装置中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化并且具有100至200g/mol的分子量。
根据一种有利的实施方案，在本发明的装置中，所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化并且具有200至600g/mol的分子量。
根据本发明装置的一种优选的实施方案，所述至少一种有机分子选自化学式(II-a)至(II-i)的化合物：
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0M至小于0.1M值的溶解度。
如此定义的该有机分子在本发明的意义内被认为不可溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于发明人的如下意外发现：当相对于有机分子添加5当量的离子液体时，这种有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加至最高0.1M。
在本发明的意义内，表述“在没有离子液体的水中的溶解度”是指在不存在离子液体的情况下，如在本发明中定义的有机分子在水溶液中的溶解度。
根据本发明装置的另一实施方案，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.1M至0.2M的溶解度。
如此定义的有机分子在本发明的意义内被认为难溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于本发明人的如下意外发现：当添加相对于有机分子为化学计量的量的离子液体时，难溶的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加。离子液体的添加将使有机分子在水溶液中的溶解度乘以3或者5。
根据本发明装置的另一实施方案，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
如此定义的有机分子在本发明的意义内被认为可溶于没有离子液体的水中。
本发明特别是基于本发明人的如下意外发现：通过添加相对于有机分子为化学计量的量的离子液体，可溶的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度增加至最高达1M的溶解度。
当电活性的有机分子在没有离子液体的水中的溶解度超过0.5M时，含有这种有机分子的电解质溶液可在不添加离子液体的情况下被用在蓄电池中。
根据一种实施方案，在本发明的装置中，所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子各自以0.1M至1M、优选0.1M至0.6M的浓度存在。
在这些浓度条件下，离子液体在本发明的意义内是辅助剂并且不能被认为是溶剂。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种无机盐是酸性盐、碱性盐或者中性盐。
根据本发明装置的一种实施方案，所述至少一种无机盐是选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4的强中性盐。
根据本发明装置的另一实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述至少一种无机盐是选自HCl、H2SO4、HClO4的强酸。
强酸使得能够在高浓度(也就是说在大于或者等于1M的浓度)下获得增加的溶液电导率，因为电荷(阴离子以及质子)是完全解离的。在本发明的意义内，如果1A的电流在1cm2表面并且彼此距离1cm设置的两个电极之间循环，则可将电导率定义为“增加的”。当溶解的带电粒子是所有离子中最可移动的种类(在OH-之前)质子时，获得该值。
在低于或者等于1的pH下，不添加添加剂，电解质溶液的pH几乎不改变。在这些条件下，只有H+离子确保溶液的电导率，其被认为是“增加的”。
pH大于1且小于或者等于7的溶液借助于包含弱酸及其共轭碱的混合物的添加剂进行缓冲，也就是说溶液的pH将改变非常小。使得能够获得pH为在大于1的值和小于或者等于7的值之间的缓冲溶液的弱酸及其共轭碱的混合物及它们的比例是本领域技术人员已知的。例如，混合物CH3COOH/CH3COO-,Na+使得能够获得pH为3.8至5.8的缓冲溶液。对于pH为1.9至3.9的溶液，可选择混合物ClCH2COOH/ClCH2COO-,Na+。该缓冲溶液有利地包含0.1至2M的弱酸及其共轭碱的混合物的浓度。
在具有混合物CH3COOH/CH3COO-,Na+的缓冲的酸性水溶液中，借助于以多数存在的离子(也就是说CH3COO-和Na+)的移动性确保电导率。由于离子CH3COO-和Na+大于质子H+，因此它们在溶液中移动更慢并且与pH小于或者等于1的非缓冲酸性水溶液相比有助于降低电导率。
为了确保良好的离子电导率，需要至少一种2M的缓冲溶液，其释放1M的溶解的正电荷和负电荷。
最后，导电缓冲溶液在各种有机和无机离子方面是非常浓的，这妨碍了有机分子的溶解度。在该情况下，该溶液可被缓冲例如在0.1和0.5M之间，并且介质的电导率通过添加中性无机盐而增加。
根据本发明装置的另一实施方案，所述至少一种无机盐包含两种无机盐。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，在至少一种离子液体的用途中，所述两种无机盐选自中性无机盐和酸性无机盐。
特别是，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且酸性无机盐选自强酸HCl、H2SO4、HClO4。
根据本发明装置的另一实施方案，所述至少一种无机盐为选自NaOH、KOH、LiOH的强碱。
在大于或者等于13的pH下，不添加添加剂，电解质溶液的pH几乎不改变。在这些条件下，只有HO-离子确保溶液的电导率。
pH为大于或者等于7且小于13的溶液借助于包含弱碱及其共轭酸的混合物的添加剂被缓冲，也就是说溶液的pH将改变很小。使得能够获得pH在大于或者等于7的值和小于13的值之间的缓冲溶液的弱碱及其共轭酸的混合物及它们比例是本领域技术人员已知的。该缓冲也有助于确保电解质溶液的电导率。然而在该情况下，与非缓冲的碱性溶液的电导率相比，电导率保持降低，但是也可通过碱性无机盐的添加而增加。根据本发明的至少一种离子液体的用途因而包含两种无机盐。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述两种无机盐选自中性无机盐和碱性无机盐。
特别是，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且碱性无机盐选自强碱NaOH、KOH、LiOH。
在强酸或者强碱的溶液中，强中性盐(完全解离)使得能够增加电导率而不增加已经显著量(至少0.5mol/L)的质子或者氢氧根。
根据本发明装置的一种实施方案，所述无机盐具有0.5至3M、更特别为1M至2.5M、优选2M的浓度。
当低于0.5M时，在水溶液中的离子的量太少以至于不能实现40mS/cm的本发明电解质溶液的电导率。
当超过3M的无机盐时，并且取决于其性质，可能会出现多种现象，因为本发明的电解质溶液是高度带分子和离子电荷的(有机分子+离子液体+无机盐)。因而，1)无机盐可在所考虑的溶液中处于其溶解度极限，2)无机盐可使溶液饱和并且其过量可导致有机分子的不可溶性，3)当超过饱和度时，无机盐可出现具有两个不同密度的液相。
根据本发明装置的一种实施方案，所述电解质溶液具有大于40mS/cm、特别是大于100mS/cm、优选100至200mS/cm的电导率σ。
当低于40mS/cm时，电导率变低，在两个电极之间的电流强度也一样变低。因而，在电解过程中，如果电流低，则产品转化的速度将是低的，并且电解持续时间将非常长。这种程序不能应用于工业方法。
对于蓄电池或者电池也是一样：如果电导率低，则产生的电流也将是低。
相反地，电导率越高，则所考虑的电化学方法的效率越高。
根据本发明装置的一种实施方案，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至400cP的粘度。
1厘泊是水的粘度。
根据本发明装置的一种有利的实施方案，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的1至125cP的粘度。
由于在本发明中使用的溶剂是水，因此所获得的溶液的粘度不可能小于1cP。上限固定在125cP，这对应于在蓄电池模式下测试的且显示最小性能水平的电解质溶液的粘度。
根据本发明装置的另一有利的实施方案，所述电解质溶液具有在20℃下以25s-1的剪切速率测量的在大于125cP的值和400cP的值之间的粘度。
如果通过离子液体的添加，电导率大于45mS/cm并且有机分子在水溶液中的溶解度达到0.5M，则在大于125cP的值和400cP的值之间的电解质溶液属于本发明。该电解质溶液被用于除蓄电池之外的装置如电池或电解装置中。
当超过400cP时，溶液的电导率不再能达到45mS.cm-1。在这些条件下，自发装置如电池表现出最小性能水平。
电解是非自发的过程，是电池和蓄电池的相反过程，其能量消耗随着粘度的增加而越来越高。因而，当超过400cP时，与电解操作的执行相关的能量消耗对于工业应用而言是过高的。
根据本发明装置的一种实施方案，对于氢氧根离子浓度大于0.5mol/L的碱性溶液而言，所述电解质溶液具有-1.1V/ECS至-0.7V/ECS的半波电势。
本发明还涉及本发明电解装置用于实施电化学存储方法的用途。
根据一种实施方案，本发明的电解装置的用途是电解。
“电解”是通过使电流穿过物质引发化学转化的非自发电化学过程。
根据一种实施方案，本发明电解装置的用途是用于制备蓄电池或者电池。
在本发明的意义内，术语“蓄电池(batterie)”是指两种电活性物质(各自可溶于电解质溶液中)在与电极接触时发生化学反应以提供电能。两种转化的电活性物质可通过反转溶液的循环方向进行电解而再生。
在本发明的意义内，术语“电池(pile)”是指下述这样的装置：在该装置中两种电活性物质(各自可溶于电解质溶液中)在与电极接触时发生化学反应以提供电能。两种转化的电活性物质的至少之一不能通过反转溶液的循环方向进行电解而再生。该装置是不可逆的，不像蓄电池是可逆的装置。
蓄电池和电池是自发运行的装置，与电解装置相反。
根据一种实施方案，本发明的电解装置的用途是用于实施电化学存储方法；
特别是，所述电化学存储发生在蓄电池或者电池中，特别是循环电解质分子蓄电池，或者循环电解质分子电池。
根据一种实施方案，在本发明的电解装置的用途中，所述蓄电池是循环电解质分子蓄电池。
术语“分子蓄电池”是指化学反应由封闭在至少一个电极上的有机金属催化剂催化。该表述也表示电活性物质是有机分子化合物。
术语“循环电解质”是指电解质溶液渗滤经过两个多孔电极。两种溶液各自存储在储槽中。
本发明的电解装置在循环电解质蓄电池中的用途的目标是增加能量的存储，这归因于改善的活性物种的增溶。
实际上，可归于循环电解质蓄电池的重要作用在于支持可再生能源(风力和光伏)，以调节电能的消耗。在风或者太阳的存在下，直接使用所释放的能量，并且多余的能量通过循环电解质蓄电池存储。当风或者亮度不足时，正是蓄电池确保了能量生产。例如，取决于储槽的体积，这种交换和调节系统可设想用于确保住宅、生态街区、农场、工厂的能量独立。
循环电解质分子蓄电池的原理(图5)是基于经过多孔电极的水溶液的循环。与固定在电极上的催化剂接触的氧化剂(Ox1)以及还原剂(Red2)带来导致产生电流的电传输。该蓄电池的优点是多方面的，并且最主要依赖于这样的事实：使用水溶液，一旦流体循环则即时运行，具有与存储储槽体积直接相关的电储槽，并且利用可再生溶液工作。
由该设计引起的重点在于可用能量的量(焦耳或者瓦特小时)以及产生的功率(瓦特)被独立地优化。这是因为：
-蓄电池的功率与在两个氧化还原对之间的电势差以及电极表面相关。蓄电池的功率是尺寸和电极性质的函数。
-能量的量与储槽的体积以及氧化还原对的浓度相关。
存储的电量因此与溶解于电解质溶液中的电活性有机分子(例如：醌、蒽醌等)的量相关。因此，电量与电活性有机分子的溶解度并且与其中分子被增溶的储槽的体积成比例。
附图说明
在参照图提供的非限制性实施方案的以下说明的基础上，本发明以及其具有的各种优点将更容易被理解，其中：
-图1显示了工作电极为玻璃碳电极、以100mV/s的扫描速度获得的A)不添加离子液体和B)具有0.6M离子液体的茜素RedS的循环伏安图；
-图2显示了在0.2M的KOH水溶液中0.6M茜素RedS随着添加的离子液体体积的循环伏安图的变化(电极＝玻璃碳；扫描速度＝100mV/s)；
-图3显示了在0.6M的离子液体的存在下，在0.6M下的茜素RedS随着添加的KOH当量数的循环伏安图的变化。1当量对应于0.6M的KOH(实线：2当量，短划线：3当量，点划线：4当量)，(电极＝玻璃碳；扫描速度＝100mV/s)；
-图4显示了在0.6M的KOH水溶液中0.6M茜素RedS随着KCl浓度的循环伏安图的变化(实线：0M，短划线：1M，点划线：2M)，(电极＝玻璃碳；扫描速度＝100mV/s)；
-图5显示了循环电解质分子蓄电池的运行原理。
-图6a显示了在最初的两次循环期间具有0.1M茜素而没有离子液体的蓄电池的电势随着容量的变化(实线：第一次循环，点划线：第二次循环)，图6b显示了蓄电池的容量与理论容量的比随着执行的循环次数的变化。
-图7a显示了在最初的两次循环期间具有0.5M茜素以及0.5M作为离子液体的二甲基咪唑甲基硫酸盐的蓄电池的电势随着容量的变化(实线：第一次循环，点划线：第二次循环)，图6b显示了蓄电池的容量与理论容量的比随着执行的循环次数的变化。
具体实施方式
实施例
离子液体的合成
离子液体根据众多次描述于文献中的传统的合成方案获得。在具有硫酸根阴离子的离子液体的情况下，用于形成阳离子基础的化合物(例如咪唑、胺等)直接与二烷基硫酸盐反应(Green Chem 2012,14,725)。在其他阴离子(例如二氰胺，四氟硼酸根)的情况下，用于形成阳离子基础的化合物在被称作季铵化的阶段与卤代烷(例如溴丁烷)反应，然后获得的盐被用在与对应于目标阴离子的盐(例如四氟硼酸钠)的阴离子置换中(Green Chem2005，7，39)。
表1集合了在本发明中使用的三种离子液体。
表1：在本发明中使用的离子液体
循环伏安法的方法
离子液体对有机分子的溶解度的作用可通过简单的电化学分析观察。使用的方法是随着电势线性变化的伏安法。结果是绘制曲线i＝f(E)，在该曲线中电活性分子的氧化或者还原电流值与其溶解的浓度成比例。
电化学分析在体积为40ml的电化学池(cellule)中执行。引入到电化学池中的溶液的体积为10ml。
为了执行分析，使用三种浸没到溶液中的电极：
-工作电极。该工作电极是所研究的电化学反应的所在位置。在该情况下，使用由玻璃碳制成且具有3mm直径的表面的电极，或者5mm直径的镍电极。电化学反应常常对于电极的性质敏感。例如，取决于它们的性质，相对于在溶液中的同一个电化学系统，一些电极可被钝化并且其他可不被钝化。
-对电极；对电极使得能够实现在溶液中在其本身和工作电极之间的电流的通过。该电极必须非常稳定(例如必须在氧化的情况下不溶解)。为了维持稳定，对电极由铂制成(其是1mm直径的铂丝)。
-参比电极。该电极使得能够通过测量在其本身和工作电极之间的电势差来控制施加到工作电极上的电势。参比电极的特殊性在于其具有固定的电势。因而，工作电极的电势相对于所使用的参比电极进行参比。在该情况下使用的参比电极是电势E°＝0.248V/ESH的饱和甘汞电极。
这三种电极连接至来自Biologic公司的恒电势器“SP50”。通过计算机经由来自Biologic公司的软件EClab控制该恒电势器。
无论用于溶解有机分子的是离子液体(I-a)、(I-b)或者(I-c)，所获得的电化学响应都非常相似。以下的实施例可应用于每一种离子液体(I-a)、(I-b)或者(I-c)。
用于测试感兴趣的有机化合物在离子液体/碱性水溶液的混合物中的最大溶解度的方案(烧瓶方法)
向烧瓶中引入100mg的目标有机化合物以及期望量的待测试的离子液体。以0.1mL的份添加碱性水溶液直到获得溶液。然后根据下式确定最大浓度：
C最大＝[m化合物/M化合物]/V
C最大是给定的有机分子以mol/L计的最大浓度，m化合物是引入的有机分子的质量(以g计)，M化合物是该有机分子的摩尔质量(以g/mol计)并且V是添加的水溶液的体积(以L计)。
在氢氧根离子的存在下使醌衍生物在离子液体/碱性水溶液的混合物中增溶的方案
向容量瓶中引入醌(其量取决于目标浓度，通常在0.1和0.5M之间)。添加液体(其量取决于离子液体的增溶能力，以相对于醌的化学计量的量)。添加含有在0.1和5M之间的浓度的氢氧根离子的水溶液直到瓶满。然后将混合物放置在超声浴中5分钟以确保化合物的良好分散。然后在双目显微镜下观察该混合物，并且如果存在关于溶解度的怀疑(例如在颜色太重的溶液的情况下)，则经过PES聚醚砜)膜在降低的压力下执行过滤以确保没有颗粒处于悬浮态。
溶液粘度的测量
借助于Anton Paar MCR301流变仪在20℃的温度下以及在25s-1的剪切速率下测量溶液的粘度。
溶液的电导率的测量
借助于Tucassel CDRV 62电导计在20℃的温度下测量溶液的电导率。
蓄电池容量的测量
在25cm2的池中测量蓄电池的容量。使用的隔板是Nafion 117膜，集电极由石墨(SGL)制成，并且电极由石墨(SGL 4.6mm)制成。充放电电流固定在40mA/cm2。
实施例1
茜素redS是在2mol/L浓度的氢氧化钾(KOH)溶液中溶解度约为0.2mol/L的蒽醌。在0.6M离子液体的存在下，茜素的溶解度增加至0.6mol/L。
离子液体的浓度为0.6mol/L，也就是说与茜素redS的浓度相同。溶解度的增加通过以15倍的氧化峰和还原峰强度的显著增加来显现(图1)。所获得的强度稍大于60mA/cm2，这是非常高的并且反映了溶解在电极附近的非常显著量的材料。
实施例2
图2显示了随着添加的离子液体体积的茜素redS的电化学响应的变化。体积百分比相对于溶液的总体积计算。在这些条件下，10％体积代表以化学计量的量添加茜素redS。在本发明的意义内，茜素redS是在没有离子液体的水中具有差溶解性的“大”分子。
对于以大于10％的体积的添加，电化学响应强烈减弱。该现象与过量的离子液体相关，其后果是导致溶液的电导率下降。当超过该化学计量比(10％体积)时，溶液的电阻(欧姆压降)非常快地增加。在这些条件下，这些混合物变得不适合用在产生强电流的电化学方法中。相反地，对于小于10％的百分比来说，电化学响应得到了改善。然而，溶液很快变得越来越“糊状”并且在几分钟之后开始凝固。以小于0.8当量的有机分子的量添加的离子液体不再能履行其增溶的作用。
实施例3
表2总结了一系列属于蒽醌类族的分子的增溶的结果。
表2：随着离子液体浓度的蒽醌溶解度的影响
在所有这些实施例中，添加化学式(I-a)、(I-b)或者(I-c)的离子液体增加了蒽醌的溶解度。最小离子液体浓度等于蒽醌的浓度(编号2、3、4和5的蒽醌的情形)。对于在pH＝14的溶液中天然溶解度过低的蒽醌而言，过量的离子液体是必须的(编号1、6、7和8的蒽醌的情形)。
实施例4
在2M KOH中，以与茜素1：1的比例，1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐使得能够获得大于0.5M浓度的溶液，而N-甲基异喹啉甲基硫酸盐则不能(在0.5M下总是可见沉淀物)。同样，当1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐相对于茜素的比例小于1：1时，在0.5M下总是可见沉淀物。如果按照以下比例使用这两种离子液体的混合物：茜素/1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐/N-甲基异喹啉甲基硫酸盐1：0.5:0.5，则获得0.8M浓度的溶液，而以相同的比例(茜素/离子液体为1：0.5)单独使用这两种离子液体则不能获得0.5M的溶液。利用茜素/N,N-二异丙基乙基甲基甲基硫酸铵/N-甲基异喹啉甲基硫酸盐1：0.5：0.5，重复观察。
实施例5
图3是随着KOH浓度的茜素red S(编号5的蒽醌)的电化学响应的研究。氢氧根离子(OH-)被包含在水的自质子化平衡中，水是电解质溶液的主要溶剂。考虑到氢氧根(OH-)的浓度，这些溶液pH(其约为14)的影响因素难以计算并且难以测量。
对于0.6mol/L的茜素red S浓度而言，化学式(I-a)的离子液体浓度为0.6mol/L。KOH的强添加并不干扰借助于离子液体的增溶原理并且显著地增强了电化学响应。
该结果是重要的，因为通过离子液体的增溶技术可在离子力达到标准值之外的值的溶液中实施，这对于它们作为电解质溶液的用途来说是特别有利的。
假设离子在它们当中是自由的，表3总结了随着KOH浓度的离子力(I)的值。
[KOH](mol/L) 1.2 1.8 2.4
离子力＝I 1.2 1.5 1.8
表3：随着KOH浓度的离子力的变化。
I＝1/2∑Cizi 2
其中Ci＝离子i的浓度
Zi＝离子i的化合价
并且：[L.I.]＝0.6mol/L；[A redS-,Na+]＝0.6mol/L
存在于溶液中的离子是单价，因此，离子力也反映正电荷和负电荷的摩尔浓度。对于此种浓度而言，每一个溶液的离子电导率大量地支持在彼此相距1cm的两个电极之间施加的1A的强度。
最后，与来源于水(溶剂)的自质子迁移平衡的离子(OH-)浓度的增加相关的溶液的电活性的增加加剧了茜素redS的电化学响应(图3)。重要的是要指出，即使存在过量的KOH(大于2当量的量)，通过离子液体/有机分子相互作用提供的溶解度不受影响。
实施例6
在该实施例中，研究随着KCl浓度的茜素redS的电化学响应。茜素redS、KOH以及离子液体的浓度是相同的并且固定在0.6mol/L。表4显示了针对不同KCl浓度的离子力的值。
[KCl](mol/L) 0 1 2
离子力＝I 0.6 1.1 1.6
表4：随着KCl浓度的离子力的变化。
KCl的强添加并不干扰借助于离子液体的增溶原理。电化学响应(图4)被显著地增强，一直到约1的离子力以在超过该值时稳定。
该实施例显示，对于固定的pH，包含通过使用离子液体技术增溶的分子的溶液可显示出随着中性盐的添加可变的电化学响应。该现象确认了在离子液体和蒽醌之间的相互作用是有效的。
该增溶技术使得能够利用离子浓缩的溶液进行工作，这使得能够在保持溶解度恒定的同时通过添加中性导电盐如KCl、NaCl、NaBF4、Na2SO4、K2SO4等来增加溶液的电导率。
实施例7
表5：各种电解质溶液的半波电势、电导率以及粘度的测量。
溶液的组成：
溶液1：0.83M 2,5-二羟基-1,4-苯醌(II-i)；0.83M 1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐(I-c)；2M KOH
溶液2：0.5M茜素(II-d)；0.5M 1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐(I-c)；KOH 2M
溶液3：0.6M茜素Red S(II-e)；0.6M 1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐(I-c)；2MKOH
溶液4：0.5M茜素(II-d)；0.25M 1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐(I-c)；0.25M N-甲基异喹啉甲基硫酸盐(I-f)；2M KOH
溶液5：0.5M茜素(II-d)；0.5M N,N-二异丙基乙基甲基甲基硫酸铵(I-g)；2M KOH
溶液6：0.5M茜素(II-d)；0.5M 1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐(I-c)、3M KOH
溶液7：0.5M茜素(II-d)；0.5M 1-甲基-3-丁基咪唑二氰胺(I-d)；2M KOH
溶液8：0.5M茜素(II-d)；0.5M 1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐(I-e)；2M KOH
溶液4是举例说明随着离子液体的电解质溶液性能调节的离子液体混合物的实例。通过与溶液2(相同的有机分子；共有的一种离子液体)作比较，有机分子的水溶解度是相同的，然而溶液4的电导率降低并且其粘度大幅增加。该实例显示离子液体的性质(除了增溶的作用以外)显著地影响了介质的粘度。
溶液5是包含脂族阳离子的离子液体的用途的实例。
与溶液2相比，溶液6包含相同的成分，但是具有增加的无机盐KOH。该溶液呈现出电导率的增加但是粘度的下降。根据目标溶液的用途，在升高的电导率(大于50mS/cm)以及低粘度(小于125cP)之间的折衷因而通常是必要的。
与溶液2相比，溶液7对应于离子液体的阴离子的改变，这使得能够以10倍降低溶液的粘度。因而，电导率可随着OH-离子浓度的增加而增加，但对于粘度没有任何影响。溶液8显示了相同的现象。
实施例8
在图6a和b中，引入茜素而没有离子液体。电解质按照以下方式制备：阳极电解液由在2M KOH水溶液中的0.1M茜素(饱和)组成；阴极电解液由在0.5M NaOH水溶液中的0.2M亚铁氰化钾组成。理论容量是536mAh。
在最初的两次循环期间达到理论容量的93和97％并且RTE为97和99％(参见图6a)。执行565次循环。容量并不稳定，并且下降至30％(参见图6b)。初始功率是130mW/cm2，具有2.5Ω的电阻。
在图7a和b中，茜素与二甲基咪唑甲基硫酸盐混合。电解质按照以下方式制备：阳极电解液由在2M KOH水溶液中的0.5M茜素和0.5M二甲基咪唑甲基硫酸盐组成；阴极电解液由在0.5M NaOH水溶液中的0.6M亚铁氰化钾组成。理论容量是1600mAh。
在最初的两次循环期间实现100％的理论容量并且RTE为95％(参见图7a)。执行130次循环。容量稳定在755mAh(理论容量的47％，参见图7b)。初始功率为62mW/cm2，具有6.4Ω的电阻。
由于离子液体的添加而导致的浓度增加使得能够增加容量(在相同体积下增加至5倍)。
茜素与二异丙基乙基甲基甲基硫酸铵混合。电解质按照以下方式制备：阳极电解液由在2M KOH水溶液中的0.3M茜素以及0.3M二异丙基乙基甲基甲基硫酸铵组成；阴极电解液由在0.55M NaOH/0.3M KOH水溶液中的0.56M亚铁氰化钾组成。理论容量为798mAh。
在最初的两次循环期间达到理论容量的92％和90％并且RTE为89％。执行37次循环并且容量稳定在理论容量的40％。初始功率是59mW/cm2，具有2.1Ω的电阻。
由于离子液体的添加而导致的浓度增加使得能够增加容量(在相同体积下增加至3倍)。

Claims (11)

1.至少一种离子液体用于增加至少一种有机分子在含有至少一种无机盐的水溶液中的溶解度并且获得电解质溶液的用途，其中所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子以至少基本上化学计量的量存在于所述水溶液中。
2.根据权利要求1的至少一种离子液体的用途，所述至少一种离子液体包含亲水性阴离子和芳族杂环阳离子或脂族阳离子；
所述亲水性阴离子尤其选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、氯化根、碘化根、四氟硼酸根、硫氰酸根、二氰胺、三氟乙酸根、硝酸根或者六氟磷酸根阴离子，优选选自甲烷硫酸根、乙烷硫酸根、四氟硼酸根或者二氰胺阴离子；
所述芳族杂环阳离子尤其选自咪唑、吡啶或者喹啉；或者所述脂族阳离子尤其选自铵；
所述至少一种离子液体更优选选自化学式(I-a)的乙烷硫酸吡啶，化学式(I-b)的乙烷硫酸咪唑，化学式(I-c)的甲烷硫酸咪唑，化学式(I-d)的二氰胺咪唑，化学式(I-e)的四氟硼酸咪唑，化学式(I-f)的甲烷硫酸喹啉，或者化学式(I-g)的甲烷硫酸铵：
3.根据权利要求1或2之一的至少一种离子液体的用途，所述至少一种离子液体以相对于溶液的总体积计为5至20％、尤其为10至20％、甚至更尤其为10％的体积百分比存在。
4.根据权利要求1至3之一的至少一种离子液体的用途，所述至少一种有机分子是极性的或者非极性的；和/或
所述至少一种有机分子是电活性的；和/或
所述至少一种有机分子具有100至600g/mol、尤其为100至200g/mol或者200至600g/mol的分子量；和/或
所述至少一种有机分子尤其具有1至4个稠合芳环、优选1至3个稠合芳环、更优选1个芳环或者3个稠合芳环；和/或
所述至少一种有机分子在至少一个位置上被羟基化；
尤其是，所述至少一种有机分子选自醌类、儿茶酚类、萘醌类、邻萘醌类或蒽醌类的族，优选选自化学式(II-a)至(II-i)的化合物：
5.根据权利要求1至4之一的至少一种离子液体的用途，所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0M至小于0.1M的值的溶解度；或者
所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.1M至0.2M的溶解度；或者
所述至少一种有机分子在没有离子液体的水中具有0.2M至0.5M的溶解度。
6.根据权利要求1至5之一的至少一种离子液体的用途，所述至少一种无机盐为酸性盐、碱性盐或者中性盐；
尤其是，所述至少一种无机盐为选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4的强中性盐；或者
所述至少一种无机盐为选自HCl、H2SO4、HClO4的强酸，尤其是，所述至少一种无机盐包含两种无机盐，尤其选自中性无机盐以及酸性无机盐，优选地，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且酸性无机盐选自强酸HCl、H2SO4、HClO4；或者
所述至少一种无机盐为选自NaOH、KOH、LiOH的强碱，尤其是，所述至少一种无机盐包含两种无机盐，尤其选自中性无机盐和碱性无机盐，优选地，中性无机盐选自NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4并且碱性无机盐选自强碱NaOH、KOH、LiOH；
尤其是，所述无机盐具有0.5至3M、甚至更尤其1M至2.5M、优选2M的浓度。
7.根据权利要求1至6之一的至少一种离子液体的用途，所述电解质溶液具有大于40mS/cm、尤其大于100mS/cm、优选100至200mS/cm的电导率σ；和/或
所述电解质溶液具有以25s-1的剪切速率在20℃下测量的1至400cP的粘度，尤其具有以25s-1的剪切速率在20℃下测量的1至125cP的粘度，或者具有以25s-1的剪切速率在20℃下测量的在大于125cP的值和400cP的值之间的粘度；和/或
所述电解质溶液对于其氢氧根离子浓度大于0.5mol/L的碱性溶液来说具有-1.1V/ECS至-0.7V/ECS的半波电势。
8.通过根据权利要求1至7之一的至少一种离子液体的用途的至少一种有机分子的水性增溶的方法，包括向可含有无机盐的水溶液中以至少基本上化学计量的量添加所述至少一种有机分子以及所述至少一种离子液体的步骤。
9.根据权利要求8的方法，其中向所述水溶液中以至少基本上化学计量的量添加所述至少一种有机分子以及所述至少一种离子液体的步骤之后或之前是使至少一种无机盐在所述水溶液中增溶的步骤。
10.包含根据权利要求1至7之一的电解质溶液的电解装置，其包含至少一种离子液体、至少一种有机分子、至少一种无机盐、水溶液以及至少一个电极，所述至少一种离子液体以及所述至少一种有机分子以至少基本上化学计量的量存在。
11.根据权利要求10的电解装置用于实施电化学存储方法的用途；
尤其是，所述电化学存储在蓄电池或者电池中、尤其在循环电解质分子蓄电池或者循环电解质分子电池中发生。
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