DE10354327A1 - Leitsalz, Elektrolytlösung mit dem Leitsalz, Kondensator und Verfahren zur Herstellung des Leitsalzes - Google Patents

Leitsalz, Elektrolytlösung mit dem Leitsalz, Kondensator und Verfahren zur Herstellung des Leitsalzes Download PDF

Info

Publication number
DE10354327A1
DE10354327A1 DE2003154327 DE10354327A DE10354327A1 DE 10354327 A1 DE10354327 A1 DE 10354327A1 DE 2003154327 DE2003154327 DE 2003154327 DE 10354327 A DE10354327 A DE 10354327A DE 10354327 A1 DE10354327 A1 DE 10354327A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrolyte solution
perfluorocarboxylates
double layer
layer capacitor
conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE2003154327
Other languages
English (en)
Inventor
Andree Dr. Schwake
Steffen Jordan
Heiner Priv.-Doz. Dr. Gores
Michael Dr. Schmidt
Winfried Geissler
Hartmut Bruglachner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Priority to DE2003154327 priority Critical patent/DE10354327A1/de
Publication of DE10354327A1 publication Critical patent/DE10354327A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D295/00—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms
    • C07D295/02—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms containing only hydrogen and carbon atoms in addition to the ring hetero elements
    • C07D295/027—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms containing only hydrogen and carbon atoms in addition to the ring hetero elements containing only one hetero ring
    • C07D295/03—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms containing only hydrogen and carbon atoms in addition to the ring hetero elements containing only one hetero ring with the ring nitrogen atoms directly attached to acyclic carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C53/00—Saturated compounds having only one carboxyl group bound to an acyclic carbon atom or hydrogen
    • C07C53/15—Saturated compounds having only one carboxyl group bound to an acyclic carbon atom or hydrogen containing halogen
    • C07C53/19—Acids containing three or more carbon atoms
    • C07C53/21—Acids containing three or more carbon atoms containing fluorine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C63/00—Compounds having carboxyl groups bound to a carbon atoms of six-membered aromatic rings
    • C07C63/68—Compounds having carboxyl groups bound to a carbon atoms of six-membered aromatic rings containing halogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C63/00—Compounds having carboxyl groups bound to a carbon atoms of six-membered aromatic rings
    • C07C63/68—Compounds having carboxyl groups bound to a carbon atoms of six-membered aromatic rings containing halogen
    • C07C63/70—Monocarboxylic acids

Abstract

Es wird ein Leitsalz insbesondere für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren vorgeschlagen, das eine ionische Verbindung mit einem organischen Kation und einem Perfluorcarboxylat, insbesondere Tetrafluoracetat, als Anion umfasst. Gegenstand der Erfindung sind auch Elektrolytlösungen mit diesem Leitsalz sowie ein mit dieser Elektrolytlösung betriebener elektrochemischer Doppelschichtkondensator.

Description

  • Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren werden im Leistungsbereich eingesetzt, da sie sich mit hohen Kapazitäten bei gleichzeitig sehr kleinem ESR verwirklichen lassen. Beispielsweise als temporärer Energiespeicher genutzt müssen Doppelschichtkondensatoren in relativ kurzen Zeiträumen von einigen Sekunden und weniger hohe Ströme und damit verbunden hohe Energien abgeben oder aufnehmen. Damit dies möglichst verlustfrei erfolgen kann, muß der elektrische Innenwiderstand der Kondensatoren minimiert werden.
  • Ein elektrochemischer Doppelschichtkondensator besteht im wesentlichen aus zwei Elektroden, die entweder mit einem Elektrodenmaterial hoher Oberfläche beschichtet sind oder von sich aus eine hohe Oberfläche aufweisen. Zwischen den beiden Elektroden ist ein Separator angeordnet, der zur elektrischen Isolation der beiden Elektrodenschichten dient, der porös ausgebildet ist und den Elektrolyten aufnehmen kann und der darüber hinaus für den Elektrolyten und insbesondere für die Ionen, die sich durch Dissoziation des im Elektrolyten gelösten Leitsalzes ausbilden, durchlässig ist.
  • Üblicherweise bestehen die Elektroden eines elektrochemischen Doppelschichtkondensators aus Metallfolien, die mit einer Kohlenstoffmodifikation beschichtet sind, beispielsweise mit einem Kohlenstoffpulver oder mit einem Kohlenstofftuch. Als Separatoren werden poröse Materialien gewählt, beispielsweise Papier. Möglich sind jedoch Separatoren aus anderen Materialien, beispielsweise Kunststoffolien, Filzen oder Geweben aus Kunststoff- oder Glasfasern.
  • Eine einfache Kondensatorzelle besteht dabei aus zumindest zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden Separator schicht. Üblicherweise werden jedoch zur Erhöhung der Kapazität mehrere Elektrodenlagen und Separatorschichten alternierend übereinander gestapelt, beispielsweise als planarer Stapel oder noch einfacher und platzsparender in Form eines Wickels. Nach dem Herstellen eines Stapels aus Elektroden und Separatorschichten wird dieser in ein Gehäuse eingebracht und mit einem Elektrolyten imprägniert.
  • Neben dem Material der Elektrodenschichten, des Separators und dem Zellaufbau ist der Innenwiderstand von Doppelschichtkondensatoren ganz wesentlich von der Leitfähigkeit des Betriebselektrolyten abhängig. Für Doppelschichtkondensatoren großer Leistungsdichte werden daher Elektrolyte mit möglichst großer Leitfähigkeit gesucht, mit denen sich Kondensatoren mit ausreichend niedrigen Innenwiderständen verwirklichen lassen.
  • Bekannte Elektrolyte für Doppelschichtkondensatoren mit Zellspannungen von mehr als 2V bestehen aus Lösungen von Leitsalzen in organischen Lösungsmitteln. Auch die Leitsalze sind organische Verbindungen bzw. weisen organische Kationen auf, beispielsweise auf der Basis von Oniumsalzen mit Stickstoff, Schwefel oder Phosphor als Zentralatom. Auch andere heterocyclische Verbindungen mit quaternären Stickstoffatomen sind als Kationen geeignet. Geeignete Anionen sind beispielsweise die komplexen Halogenide von Bor oder Phosphor, beispielsweise Tetrafluoroborat oder Hexafluorophosphat.
  • Für die Leitfähigkeit dieser Elektrolytlösungen ist ein hoher Dissoziationsgrad der Salze unabdingbar, der von einem hochpolaren Lösungsmittel unterstützt wird. Bekannte Elektrolytlösungen für Doppelschichtkondensatoren sind daher Leitsalzlösungen in hochpolaren niederviskosen reinen Lösungsmitteln wie Acetonitril oder Propylencarbonat oder deren Mischungen mit niederviskosen Lösungsmitteln, die Leitfähigkeiten von mehr als 10 mS/cm bei 25°C erreichen.
  • Nachteilig an bekannten Leitsalzen ist deren oft schwere Zugänglichkeit, die sich in einem hohen Preis niederschlägt.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leitsalz anzugeben, mit dem sich problemlos brauchbare Elektrolytlösungen erhalten lassen und das in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Perfluorcarboxylat mit der allgemeinen Struktur RfCOO, gelöst, wobei Rf für einen perfluorierten Rest R steht, wobei der Rest R ausgewählt ist aus unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl, Aryl oder Phenyl.
  • Mit solchen Perfluorcarboxylaten können Leitsalze für Elektrolytlösungen, insbesondere für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren erhalten werden, die insbesondere eine ionische Verbindung mit einem organischen Kation und Trifluoracetat als Anion umfassen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine Elektrolytlösung mit diesem Leitsalz und ein mit dieser Elektrolytlösung betriebener elektrochemischer Doppelschichtkondensator ergeben sich aus weiteren Ansprüchen.
  • Die Erfindung zeigt, daß sich organische Perfluorcarboxylate und insbesondere Trifluoracetate vorteilhaft als Leitsalze für Elektrolytlösungen verwenden lassen. Mit diesen Leitsalzen können Elektrolytlösungen hoher Leitfähigkeit hergestellt werden, die insbesondere zur Anwendung in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren eingesetzt werden können.
  • Die erfindungsgemäßen Perfluorcarboxylate und Leitsalze lassen sich mit Hilfe eines einfachen Herstellungsverfahrens mit großen Ausbeuten herstellen. Da auch kostengünstige Ausgangsstoffe zur Herstellung des Leitsalzes verwendet werden können, wird so ein besonders preisgünstiges Leitsalz erhalten.
  • Gegenüber Standardleitsalzen auf der Basis von Tetrafluoroboraten und Hexafluorophosphaten zeichnet sich das erfindungsgemäße Leitsalz durch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Hydrolyse aus. In gängigen organischen Lösungsmitteln zeigt es eine sehr gute Löslichkeit, ebenso in Lösungsmitteln mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Auf der Basis dieses Leitsalzes hergestellte Elektrolytlösungen mit organischen Lösungsmitteln zeigen eine hohe Leitfähigkeit.
  • Vorzugsweise sind die Kationen für das Leitsalz ausgewählt aus quartärem Ammomium, z.B. (C2H5)4N+, CH3(C2H5)3N+, quartärem Phosphonium, z.B. (C2H5)4P+, CH3(C2H5)3P+ , Carbenium, z.B. (CH3)3C+, Sulfonium z.B. (CH3)3S+, oder aus Kationen auf der Basis von ungesättigten heterocyclischen Verbindungen mit N, O, P oder S als Heteroatom. Alle diese Kationen bilden mit Perfluorcarboxylaten gut lösliche Salze, die als Leitsalze in Elektrolyten, insbesondere für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren eingesetzt werden können.
  • Kationen, die vorteilhaft für das erfindungsgemäße Leitsalz in Verbindung mit dem Perfluorcarboxylat als Anwendung eingesetzt werden können, sind aus der folgenden Gruppe ungesättigter heterocyclischer Verbindungen ausgewählt:
    Figure 00050001
    wobei R1 bis R5 gleich oder verschieden sind, gegebenenfalls durch eine Einfach- oder Doppelbindung miteinander verbunden sind und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus
    H,
    Halogen,
    Alkylrest mit eins bis 8 C-Atomen, der unsubstituiert, teilweise oder vollständig mit anderen Gruppen substituiert ist, wobei die anderen Gruppen ausgewählt sind aus F, Cl, N(CnF(2n+i–x)Hx)2, O(CnF(2n+i–x)Hx), SO2(CnF(2n+i–x)Hx) und CnF(2n+1–x) Hx, wobei n und x ganze Zahlen mit 1 < n < 6 und 0 < x < 14 sind.
  • Ein bevorzugtes Perfluorcarboxylat ist das Trifluoracetat.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die neue Verbindung N,N-Dimethylpyrrolidiniumtrifluoracetat (oder abgekürzt DMPTFAc) als Leitsalz einzusetzen.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es weiterhin, zur Herstellung erfindungsgemäßer Leitsalze einen Perfluorcarbonsäureester mit ternären Aminen oder heterocyclischen Phosphinen umzusetzen. Die Phosphine können unsubstituiert oder mit Heteroatomen, ausgewählt aus N, S, O und P substituiert sein.
  • Erfindungsgemäße Leitsalze auf der Basis des Trifluoracetats können erfindungsgemäß auch in einem Verfahren erhalten werden, bei dem N-Methylpyrolidin mit Trifluoressigsäure umgesetzt wird.
  • Im Rahmen der Erfindung liegen auch Elektrolytlösungen mit den genannten Leitsalzen. Dazu wird eines oder mehrere der genannten neuen Leitsalze alleine oder in Mischung mit weiteren für sich bekannten Leitsalzen in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Das Lösungsmittel kann eine oder mehrere Komponenten umfassen, die jeweils unabhängig voneinander aus organischem, wässrigem oder anorganischem Lösungsmittel ausgewählt sind. Bevorzugt sind hochpolare Lösungsmittel oder zumindest Lösungsmittelgemische, die einen Anteil einer hochpolare Komponente umfassen. Vorteilhaft umfaßt die Elektrolytlösung neben dem Leitsalz zumindest eine Lösungsmittelkomponente, die ausgewählt ist aus Pyrrolidon, Lacton, Carbonat, Sulfon, Oxazolidinon, Imidazolidinon, Amid, Nitril, Ester und Sulfoxid.
  • Die Elektrolytlösung kann vorteilhaft in Elektrolytkondensatoren eingesetzt werden, insbesondere in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren. Aufgrund der ausreichend hohen Leitfähigkeit des Elektrolyten können erfindungsgemäße Doppelschichtkondensatoren bzw. Doppelschichtkondensatoren mit den erfindungsgemäßen Elektrolyten geringe elektrische Innenwiderstände erreichen.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen verschiedene Meßergebnisse in Form von Diagrammen.
  • 1 zeigt die Leitfähigkeit von DMPTFAc in Acetonitril bei unterschiedlichen Temperaturen
  • 2 zeigt die Leitfähigkeit von DMPTFAc in einem Lösungsmittelgemisch
  • 3 zeigt die über der Frequenz bestimmte Kapazität erfindungsgemäßer Kondensatoren
  • 4 zeigt das Ergebnis einer Impedanzmessung an erfindungsgemäßen Kondensatoren
  • Herstellung von N, N-Dimethylpyrrolidiniumtrifluoracetat (DMPTFAc)
  • Die Herstellung dieses Salzes erfolgt durch Umsetzung von N-Methylpyrrolidin mit dem Methylester von Trifluoressigsäure gemäß der folgenden Reaktionsgleichung
    Figure 00070001
  • Dazu werden 160 ml (1,5 mol) 1-Methylpyrrolidin in 200 ml Acetonitril vorgelegt. Bei 40° C werden anschließend 160 ml Trifluoressigsäuremethylester in 50 ml Acetonitril innerhalb von 4 Stunden unter Rühren zugetropft. Danach wird die Temperatur langsam auf 80° C erhöht, für 2 Stunden bei dieser Temperatur belassen und anschließend abgekühlt. Nach Entfernen des Lösungsmittels verbleibt eine gelbe Kristallmasse, die umkristallisiert und getrocknet wird. Man erhält 276,9 g (1,3 mol entsprechend 82 % Ausbeute) des Produkts DMPTFAc als klare Kristallplättchen.
  • Im 1H-NMR sowie im 13C-NMR sind ausschließlich zuzuordnende Peaks und keinerlei Verunreinigungen zu erkennen. Die Elementaranalyse ergibt
    Figure 00080001
  • Trotz mehrfacher Wiederholung der Elementaranalyse des Produkts werden stark streuende Ergebnisse erhalten, was auf den hohen Fluorgehalt und die damit unsichere Messung zurückgeführt wird.
  • Bestimmung der Leitfähigkeit
  • Die Leitfähigkeit des Salzes DMPTFAc wurde in Acetonitril konzentrations- und temperaturabhängig bestimmt. Zusätzlich wurde die Leitfähigkeit in acetonitril-freien und acetonitril-haltigen Lösungsmittelgemischen untersucht. 1 zeigt die Leitfähigkeit des Salzes in Acetonitril bei unterschiedlichen Temperaturen. Es erweist sich, daß ab einer Konzentration von zirka 3 mol pro Kilogramm Lösungsmittel eine maximale Leitfähigkeit von zirka 50 mS/cm–1 erreicht wird. Die folgende Tabelle gibt genauer an, welche maximale Leitfähigkeit erreicht wird und bei welcher Konzentration die maximale Leitfähigkeit beobachtet wird:
    Figure 00080002
  • Bei –35° C ist das Salz erst ab einer 3 molaren Lösung auskristallisiert. Dies zeigt, daß das Salz DMPTFAc gut in Acetonitril löslich ist und gleichzeitig eine relativ hohe Leitfähigkeit aufweist.
  • 2 gibt die Leitfähigkeit von DMPTFAc in zwei unterchiedlichen Lösungsmittelgemischen aus Ethylencarbonat/Gammabutyrolacton/Methylacetat (EC/GB/MA) an.
  • In der folgenden Tabelle sind die Leitfähigkeiten bei unterschiedlichen Temperaturen in Lösungsmittelgemischen aus Acetonitril, Gammabutyrolacton, Ethylencarbonat und Ethylmethylcarbonat bei verschiedenen Mischungsverhältnissen angegeben.
  • Figure 00090001
  • Figure 00100001
  • Die Tabelle zeigt, daß mit dem vorletzten Lösungsmittelgemisch bei 25° C eine maximale Leitfähigkeit von 25,73 mS cm–1 in einem nicht weiter optimierten Elektrolyten erreicht wird. Dies deutet weitere Verbesserungspotentiale an, die mit erfindungsgemäßen Leitsalzen erreicht werden können. Die angegebenen Werte sind nur für die eine beispielhafte Verbindung DMPTFAc ermittelt worden.
  • Messungen der elektrischen Werte mit erfindungsgemäßem Elektrolyten befüllter Kondensatoren
  • Es wurden mehrere Kondensatoren mit einem Elektrolyten auf der Basis DMPTFAc befüllt. Es wurden sowohl Kondensatoren der prismatischen Bauart auf der Basis von Kohlenstofftuchelektroden und Polypropylenseparatoren als auch der runden Bauart auf der Basis von Kohlenstofftuchelektroden und Papierseparatoren befüllt. Es zeigt sich, daß ein mit erfindungsgemäßem Elektrolyten befüllter Kondensator (elektrochemischer Doppel schichtkondensator) ausgehend von 2,3 V bei Raumtemperatur innerhalb von 16 Stunden einen Spannungsabfall von nur 137 mV aufweist. Die Impedanz der Kondensatoren wurde nach dem zweiten Spannungsabfalltest gemessen. 3 zeigt als Ergebnis dieser Messung die daraus errechnete Kapazität, die über der Frequenz in Hertz aufgetragen ist. Aus der Messung und der Figur ergibt sich, daß elektrochemische Doppelschichtkondensatoren mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten bei tiefen Frequenzen eine hohe Kapazität aufweisen, beispielsweise eine Kapazität von 140 F bei 10–2 Hz und 2,3 V bei 25°C. Diese Frequenz entspricht ungefähr der Frequenz, mit der auf einen erfindungsgemäßen Kondensator im bestimmungsgemäßen Gebrauch innerhalb eines elektrischen Geräts oder an einen elektrischen Verbraucher zugegriffen wird. Dies bedeutet, daß im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kondensators die hohe Kapazität von 140 F zur Verfügung steht.
  • 4 zeigt die dazugehörige Impedanzmessung, bei der der Realteil Z' der Impedanz über der Frequenz in Hertz aufgetragen ist.
  • Mit dem als Ausführungsbeispiel eingesetzten Leitsalz DMPTFAc in einer Acetonitrillösung werden folgende Werte in der Impedanzmessung bestimmt. Dabei ist τ gleich der Zeitkonstante: C (50mHz) mal Z' (50mHz) , C = 1/(2πf|Z''|(50mHz)) und Z'' gleich dem Imaginärteil der Impedanz und U die Spannung, bei der die Messung durchgeführt wurde.
  • Figure 00110001
  • Die in dieser Tabelle aufgeführten Werte wurden an elektrischen Doppelschichtkondensatoren bestimmt, deren Elektroden mit Kohlenstofftüchern belegt waren. Im Unterschied dazu werden nun Impedanzmessungen an elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren durchgeführt, die mit Kohlenstoffpulver beschichtet sind. Die folgende Tabelle gibt die an diesen Kondensatoren gemessenen Werte an.
  • Figure 00120001
  • Es zeigt sich, daß die mit Kohlenstoffpulver beschichteten Elektroden bzw. die Kondensatoren mit Kohlenstoffpulverbeschichteten Elektroden bessere Zeitkonstanten aufweisen, als die Kondensatoren mit Kohlenstofftuchelektroden, wobei in unterschiedlichen Messungen bzw. in unterschiedlichen Kondensatoren Werte von 1,5s bzw. 1,7s erhalten werden. Dies ist auf die gegenüber Pulver beschichteten Elektroden dickeren Kohlenstofftuchelektroden zurückzuführen.
  • Zyklisierungen
  • Ein elektrochemischer Doppelschichtkondensator mit Kohlenstofftuch-beschichteten Elektroden wurde mit den beispielhaften, DMPTFAc als Leitsalz enthaltenden Elektrolyten in 1,2 molarer Lösung in Acetonitril eingesetzt und zyklisiert. Es zeigt sich, daß nach bis zu 10.000 Zyklen der Widerstand sogar abnimmt und die Kapazität zunimmt. Bei einer Frequenz von 50 mHz fällt der Realteil Impedanz Z' nach 8.000 Zyklen von 35,75 mΩ auf 31,22 mΩ ab. Im gleichen Zeitraum fällt die Impedanz –Z'' von 28,50 mΩ auf 24,08 mΩ. Dies entspricht einem Anstieg der Kapazität von 111,7 F auf 132,2 F. Bei 10 mHz steigt die Kapazität von 135 F auf 165,1 F. Es zeigt sich, daß die Kondensatoren auch nach einer hohen Zyklenzahl von Ladungs-/Entladungsvorgängen sich in ihren Eigenschaften sogar verbessern und insbesondere eine höhere Kapazität erreichen. Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren, die diese Elektrolyte beinhalten, zeichnen sich daher durch eine hohe Stabilität aus.
  • Anhand der beispielhaften Verbindung DMPTFAc konnte die gute Eignung der organischen Trifluoracetate als Leitsalze für Elektrolytlösungen in Elektrolytkondensatoren und insbesondere in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren gezeigt werden. Mit den erfindungsgemäßen Leitsalzen und den daraus hergestellten Elektrolyten gelingt es, kostengünstigere Elektrolytkondensatoren herzustellen, die aufgrund der hohen erreichbaren Leitfähigkeiten gute elektrische Werte zeigen. Erfindungsgemäße mit dem Elektrolyten befüllte Kondensatoren zeigen gute Zeitkonstanten und eine Stabilität der elektrischen Werte über eine hohe Anzahl von durchgeführten Ladungs-/Entladungszyklen.
  • Erfindungsgemäße Elektrolytlösungen können ganz oder teilweise aus der neuen Klasse der organischen Trifluoracetate bestehen. Möglich ist es, das gefundene Leitsalz mit aus anderen Substanzklassen ausgewählten davon verschiedenen Leitsalzen zu kombinieren, beispielsweise mit den bekannten Tetraethylamoniumtetrafluoroboraten.
  • Die erfindungsgemäßen Leitsalze sind besonders vorteilhaft bei Verwendung organischer Lösungsmittel, da sie in diesen hohe Löslichkeiten und Leitfähigkeiten aufweisen. Prinzipiell sind die Leitsalze jedoch auch in wässrigen Medien lösbar und ergeben wässrige Elektrolyte, die entsprechend in Elektrolytkondensatoren eingesetzt werden können.
  • Wahlweise aber nicht notwendigerweise können die Elektrolytlösungen weitere Inhaltsstoffe und insbesondere Additive enthalten, die Sekundäreigenschaften der Elektrolytlösung und damit des Elektrolytkondensators optimieren. Solche Inhaltsstoffe können z.B. ausgewählt sein aus Stoffen, die die Benetzung von Elektroden und Separatoren verbessern oder den Siedepunkt des Elektrolyten erhöhen, wobei diese Zusatzstoffe in geringen Anteilen in der Elektrolytlösung enthalten sind. Die Elektrolytlösung ist besonders vorteilhaft in den elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren einsetzbar, kann jedoch auch als Betriebselektrolyt für andere Elektrolytkondensatoren dienen.

Claims (19)

  1. Perfluorcarboxylat mit der allgemeinen Struktur RfCOO, wobei Rf für einen perfluorierten Rest R steht, wobei der Rest R ausgewählt ist aus unverzweigtes oder verzweigtes Alkyl, Aryl oder Phenyl.
  2. Leitsalz für eine Elektrolytlösung, insbesondere für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren, umfassend eine ionische Verbindung mit einem organischen Kation und Perfluorcarboxylat nach Anspruch 1.
  3. Leitsalz nach Anspruch 2, bei dem das Kation ausgewählt ist aus quartärem Ammonium, quartärem Phosphonium, Carbenium, insbesondere Guanidinium, Sulfonium oder aus Kationen auf der Basis einer heterocyclischen gesättigten oder ungesättigten Verbindung mit N, O, P und S als Heteroatom.
  4. Leitsalz nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem das Kation ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe
    Figure 00150001
    wobei R1 bis R5 gleich oder verschieden sind, gegebenenfalls durch eine Einfach- oder Doppelbindung miteinander verbunden sind und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus H, Halogen, Alkylrest mit eins bis 8 C-Atomen, der unsubstituiert, teilweise oder vollständig mit anderen Gruppen substituiert ist, wobei die anderen Gruppen ausgewählt sind aus F, Cl, N(CnF(2n+i–x)Hx)2, O(CnF(2n+1–x)Hx), SO2(CnF(2n+1–x)Hx) und CnF(2n+i–x) Hx, wobei n und x ganze Zahlen mit 1 < n < 6 und 0 < x < 14 sind.
  5. Leitsalz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Anion Trifluoracetat ist.
  6. Leitsalz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, umfassend N,N-Dimethylpyrrolidiniumtrifluoracetat.
  7. Elektrolytlösung, umfassend ein Leitsalz nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und ein Lösungsmittel.
  8. Elektrolytlösung nach Anspruch 7, bei der das Lösungsmittel nichtwässrige Lösungsmittel umfasst.
  9. Elektrolytlösung nach Anspruch 7 oder 8, bei der das Lösungsmittel Wasser umfasst.
  10. Elektrolytlösung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der das Lösungsmittel zumindest eine Komponente, ausgewählt aus Pyrrolidon, Lacton, Carbonat, Sulfon, Oxazolidinon, Imidazolidinon, Amid, Ether, Ester, Sulfoxid und Nitril umfasst.
  11. Elektrolytlösung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, umfassend weitere Leitsalze.
  12. Elektrochemischer Doppelschichtkondensator, der eine Elektrolytlösung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 als Elektrolyt aufweist.
  13. Doppelschichtkondensator nach Anspruch 11, mit zwei Elektroden, einem dazwischen angeordneten porösen Separator, der mit dem Elektrolyten imprägniert ist.
  14. Doppelschichtkondensator nach Anspruch 11 oder 12, mit zwei metallischen Elektroden, die mit einem Elektrodenmaterial hoher Oberfläche beschichtet sind.
  15. Doppelschichtkondensator nach einem der Ansprüche 11 – 13, mit zwei metallischen Folien als Elektroden, die mit einem Kohlenstoffpulver oder mit einem Kohlenstofftuch beschichtet sind.
  16. Doppelschichtkondensator nach einem der Ansprüche 11 – 14, bei dem der Separator aus Papier, Kunststoffolie, Filz oder Gewebe aus Kunststoff- oder Glasfasern ausgewählt ist.
  17. Verfahren zur Herstellung von Leitsalzen gemäß Anspruch 2, bei dem ein Perfluorcarbonsäureester mit ternären Aminen oder heterocyclischen Phosphinen umgesetzt wird, wobei die Phosphine unsubstituiert oder mit Heteroatomen, ausgewählt aus N, S, O und P substituiert sind.
  18. Verfahren zur Herstellung von Leitsalzen gemäß Anspruch 5, bei dem N-Methylpyrolidin mit Trifluoressigsäureester umgesetzt wird.
  19. Verfahren zur Herstellung von N-Methylpyrolidiniumtrifluoracetat, bei dem N-Methylpyrolidin mit Trifluoressigsäuremethylester umgesetzt wird.
DE2003154327 2003-11-20 2003-11-20 Leitsalz, Elektrolytlösung mit dem Leitsalz, Kondensator und Verfahren zur Herstellung des Leitsalzes Ceased DE10354327A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003154327 DE10354327A1 (de) 2003-11-20 2003-11-20 Leitsalz, Elektrolytlösung mit dem Leitsalz, Kondensator und Verfahren zur Herstellung des Leitsalzes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003154327 DE10354327A1 (de) 2003-11-20 2003-11-20 Leitsalz, Elektrolytlösung mit dem Leitsalz, Kondensator und Verfahren zur Herstellung des Leitsalzes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10354327A1 true DE10354327A1 (de) 2005-07-07

Family

ID=34638172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2003154327 Ceased DE10354327A1 (de) 2003-11-20 2003-11-20 Leitsalz, Elektrolytlösung mit dem Leitsalz, Kondensator und Verfahren zur Herstellung des Leitsalzes

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10354327A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2923867A (en) * 1956-07-02 1960-02-02 Sprague Electric Co Electrolytic capacitors
US2932153A (en) * 1957-07-29 1960-04-12 Sprague Electric Co Electrolytic capacitor and method of making
EP0366084A1 (de) * 1988-10-25 1990-05-02 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Verfahren zur Behandlung von quaternären Oniumsalzen und dessen Verwendung bei der Herstellung von Hexafluorpropylenoxid
EP1296339A2 (de) * 2001-09-20 2003-03-26 Fuji Photo Film Co., Ltd. Herstellungsmethode für eine photoelektrochemische Zelle
WO2004032261A1 (en) * 2002-10-07 2004-04-15 Gen3 Partners, Incl. Method of manufacture of an electrode for electrochemical devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2923867A (en) * 1956-07-02 1960-02-02 Sprague Electric Co Electrolytic capacitors
US2932153A (en) * 1957-07-29 1960-04-12 Sprague Electric Co Electrolytic capacitor and method of making
EP0366084A1 (de) * 1988-10-25 1990-05-02 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Verfahren zur Behandlung von quaternären Oniumsalzen und dessen Verwendung bei der Herstellung von Hexafluorpropylenoxid
EP1296339A2 (de) * 2001-09-20 2003-03-26 Fuji Photo Film Co., Ltd. Herstellungsmethode für eine photoelektrochemische Zelle
WO2004032261A1 (en) * 2002-10-07 2004-04-15 Gen3 Partners, Incl. Method of manufacture of an electrode for electrochemical devices

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Methodicum Chimicum, georg Thieme Verlag Stuttgart Stuttgart, 1974, Bd. 6, Abs. 15.2, S. 639
Methodicum Chimicum, georg Thieme Verlag StuttgartStuttgart, 1974, Bd. 6, Abs. 15.2, S. 639 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69535612T2 (de) Ionenleitendes material mit guten korrosionshemmenden eigenschaften
DE69629816T2 (de) Hydrophobe ionische flüssigkeiten
EP0929558B1 (de) Lithiumfluorphosphate sowie deren verwendung als leitsalze
DE3811415C2 (de)
EP2023434B1 (de) Elektrolytzubereitungen für Energiespeicher auf Basis ionischer Flüssigkeiten
DE2639121B2 (de) Galvanisches Element und Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytsalzes für dieses Element P.R. Mallory &amp; Co. Inc., Indiana¬
DE19700656B4 (de) Fluorhaltige Dioxolanverbindungen und deren Verwendung
DE602005000013T2 (de) Doppelschichtkondensator und Elektrolytlösung dafür
EP3061757A1 (de) Reaktive ionische flüssigkeiten
DE60103436T2 (de) Lithiumfluoralkylphosphate und deren Verwendung als Leitsalze
EP1229038A1 (de) Boratsalze zur Anwendung in elektrochemischen Zellen
DE10055811A1 (de) Tetrakisfluoroalkylborat-Salze und deren Verwendung als Leitsalze
DE112018003716B4 (de) Redox-Flow Batterie
EP2491013A1 (de) Lithiumsalze von pentafluorphenylamid-anionen, ihre herstellung und ihre verwendung
EP0416243A2 (de) Ionenleiter oder Elektrolyt für galvanische Elemente
DE60128346T2 (de) Elektrolytische lösung für elektrolytkondensator und diese verwendender elektrolytkondensator
DE10354327A1 (de) Leitsalz, Elektrolytlösung mit dem Leitsalz, Kondensator und Verfahren zur Herstellung des Leitsalzes
DE2549951A1 (de) Kondensator und verfahren zur herstellung des elektrolyten
DE3214355C2 (de)
DE60120884T2 (de) Elektrischer Doppelschichtkondensator und Elektrolyt dafür
DE3634987A1 (de) Kondensator mit festem elektrolyt
DE3328635A1 (de) Elektrochemisches element oder batterie
EP1362026B1 (de) Verfahren zur herstellung von bis (trifluormethyl)imido-salzen
DE10201267C1 (de) Elektrolytlösung und Elektrolytkondensator
DE60204719T2 (de) Phosphor-borate mit niedrigem schmelzpunkt

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection