DE2110452A1 - Elektrolyt - Google Patents

Description

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Dipl.-Chem. Dipl.-Chem.	Dr.D.Thomsen G. Bühling	21	10452	FRANKFURT(MAIN)50 FUCHSHOHL 71 TEL. 0611/51 «68
Dipl.-lng.	W. Weinkauf f

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8000 München 15 4. März 1971

Matsushita Electric Industrial Company, Limited

Osaka (Japan)

Elektrolyt

Die Erfindung bezieht sich auf Elektrolyte, insbesondere auf ionisch leitfähige, organische, feste Elektrolyte.

Man kennt verschiedene Typen an ionisch leitfähigen, festen Substanzen, wovon ein Typ anorganisches Halogenid wie Alkalihalogenid, Silberhalogenid und Erdalkalihalogenid ist. Keine dieser Substanzen verwendet man als Elektrolyt für einen Kondensator usw., weil diese Substanzen sämtlich bei normalen Temperaturen so niedrige Leitfähigkeiten besitzen, daß sie praktisch als Isolatoren zu betrachten sind. Eine andere Art bekannter, ionisch leitender Substanzen, ist ein ternäres Glasmaterial wie Ag-J-Hg, welches kürzlich entwickelt worden ist. Diese Substanz besitzt einen Widerstand, welcher so

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niedrig ist, wie etwa lOOÄi cm. Jedoch begegnet man Schwierigkeiten beim Anlegen einer hohen Temperatur und dem genauen Steuern der Umgebungstemperatur, wenn man diese erwähnten ternären Glasmaterialien herstellt.

Erfindungsgemäß soll ein Elektrolyt geschaffen v/erden, v/elcher einen Elektrondonator-Akzeptor-Komplex aufweist, der
7.7.8.8-Tetracyanchinodimethan und einwertiges Kation, sowie ungesättigten, hochmolekularen Kohlenwasserstoff in der Menge von 0,1 bis 10 Gew.-% des einwertigen Kations umfaßt.

Die Erfindung verwendet eine ionische Leitfähigkeit
eines Elektrondonators-Akzeptor-Komplexes (EDA) , v/elcher
T.T.e.S-Tetracyanchinodimethan (TCNQ) als Akzeptor aufweist.

Wie bekannt ist, ist ein TCNQ-Molekül ein großes und flaches Molekül, welches eine so große Elektronenaffinität
besitzt, daß beim Vermischen oder Verschmelzen mit einem anderen Molekül, das TCNQ-Molekül ein Elektron von dem anderen Molekül aufnimmt und sich mit dem anderen Molekül vereinigt, so daß sich ein Elektrondonator-Akzeptro-Komplex ergibt. Die Kristalle des Elektrondonator-Akzeptor-Komplexes können entweder ionisch oder neutral sein, je nach der Größe des Ionisationspotentials des anderen bzw. des Gegenmoleküls. Wenn

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das Gegenmolekül ein relativ geringes Ionisationspotential
besitzt/ so fängt das TCNQ-Molekül das Elektron des Gegenmoleküls ab und bindet sich ionisch an das Gegenmolekül.

Solche EDA-Koraplexe, wie sie oben erwähnt sind, sind
daher weitgehend als elektronisch leitfähige Substanzen angesehen worden. Jedoch ist es wichtig, daß die EDA-Komplexe
hervortretende Leitfähigkeiten zusätzlich zu den elektronischen Leitfähigkeiten aufweisen.

Beispiele der Moleküle mit geringen Ionisationspotentialen sind aromatisches Diamin, substituiertes Ammoniumion,
aromatisches Oniuraion und Metallion. Die EDA-Komplexe, welche sich aus dem TCNQ und einem solchen, oben erwähnten Molekül zusammensetzen, besitzen ionische Leitfähigkeiten von einigen % ihrer Gesamtleitfähigkeiten, Es ist jedoch erwünscht, für einen Elektrolyten hoch ionisch leitfähige EDA-Komplexe zu verwenden.

- Erfindungsgemäß wird ein ionisch leitfähiger EDA-Komplex geschaffen, welcher eine gesteigerte ionische Leitfähigkeit besitzt. Dieser EDA-Komplex ist ein organisches ternäres Material, bestehend aus ionischen Kristallen des TCNQ als Akzeptor, aromatischem Diamin, Metallion, Oniumion o.dgl. als
Donator, und einem Macromolekül mit einem viel größeren

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Molekulargewicht als den Molekulargewichten der Akzeptor- und Donatormoleküle. Ein Beispiel eines solchen oben erwähnten Macromoleküls ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff mit einer Anzahl Kohlenstoffatome, welche 20 überschreiten. Ein bevorzugter ungesättigter Kohlenv/asserstoff ist eine aromatische Verbindung und insbesondere einer der Cy.anin- oder Triphenylmethanfarbstoffe.

Durch Hinzufügen der Macromoleküle zu dem EDA-Komplex von TCNQ und einer Donatorkomponenten/ wird das Gitter der Kristalle des EDA-Komplexes so gespannt, daß die ionische Leitfähigkeit des EDA-Komplexes gesteigert wird.

Für das Einführen des Macromoleküls in den EDA-Komplex, stehen etliche Methoden zur Verfügung. Eine bevorzugte Methode besteht darin, daß man ionische Kristalle des TCNQ und der fe Macromoleküle bildet und daß man danach die ionischen Kristalle mit einem Wirtsmaterial des EDA-Komplexes vermischt.

Die ionische Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen EDA-Komplexes wird wie folgt bestimmt;

1) Inberührungbringen einer Nadel aus Ventilmetall von Aluminium oder Tantal auf einer unterliegenden Substanz in Kristall- oder Stückchenform, und Anlegen eines gegenüber

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der unterliegenden Substanz, positiven Potentials an die Nadel, wobei man den Strom durch die Nadel beobachtet, wobei, falls innerhalb der unterliegenden Substanz die Erscheinung der ionischen Leitfähigkeit auftritt, der Strom durch die Nadel rasch abnimmt infolge der anodischen Oxydation der Nadel durch die ionische Leitfähigkeit; oder

2) Pressen eines Metalles aus Aluminium, Magnesium oder Calcium auf die unterliegende Substanz, während man die elektromotorische Kraft zv/ischen dem Metall und der unterliegenden Substanz beobachtet, wobei, falls eine stabile elektromotorische Kraft sich ausbildet, es dann bekannt ist, daß ionische Leitung vorhanden ist.

Die folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulichen die Erfindung. Es wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäß bereiteten EDA-Komplexe ionische Leitfähigkeiten zeigen, welche in der Größenordnung von etlichen 10% in Bezug auf die Gesamtleitfähigkeit liegen.

Solche Leitfähigkeiten sind größer als diejenigen, welche bisher erreicht worden sind.

Beispiel 1

1.1-Diäthy1-2.2'-cyanin(C₂₃H₂₃N₂) wird eingeführt in 109838/1584

Triäthylammonium-TCNQ, welches einen Widerstand von 20 ^ cm und keine Elektronenleitfähigkeit besitzt.

Cyaninjodid und Lithium-TCNQ v/erden in Anwesenheit von Äthanol miteinander vermischt mit dem Ergebnis, daß ionische Kristalle von Cyanin-TCNQ erhalten werden. 45 g Triäthylammonium und die ionischen Kristalle von Cyanin-TCNQ, werden in einer hinreichenden Menge Tetrahydrofuran aufgelöst. Die sich ergebende Lösung siedet man etv/a 2 Stunden und läßt sie danach etwa 30 Stunden bei normaler Temperatur stehen, wobei man Kristalle von Triäthylammonium-TCNQ unter Einschluß des Cyaninserhält, welche einen Widerstand von 100 ^ cm und eine ionische Leitfähigkeit von 25% besitzen.

Beispiel 2

Ammonium-TCNQ (NH₄ ⁺TCNQ") einschließlich 10 Gew.-% N-Methyl-7.8-benzochinolinium mit einem Widerstand von 300^ cm und einer ionischen Leitfähigkeit von 30%, wird zur Verwendung eingesetzt.

Beispiel 3

Schwarze Kristalle aus Pyridinium-TCNQ (C₅H₆N TCNQ) einschließlich 1% Salz von TCNQ und Kristallviolett (^C25^H32^N3^C1* 9H5O) mit einem Widerstand von 100-S^ cm und einer ionischen Leitfähigkeit von 20%,werdenverwendet. Das Ausgangs-Pyridi-

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nium-TCNQ besitzt einen Widerstand von 2o£iL cm und keine ionische Leitfähigkeit.

Es zeigt sich, daß der erfindungsgemäße Elektrolyt vorteilhaft ist, weil er ohne die Anwendung hoher Temperatur und genauer Steuerung der Temperatur, leicht hergestellt werden kann. Ferner wird Verfestigung der Elektrolyte einer elektrischen Zelle, eines Elektrolytkondensators, eines elektrolytischen Verstärkers o.dgl. leicht erreicht, indem man den erfindungsgemäßen Elektrolyten verwendet. Die Macromoleküle, welche bei dieser Erfindung verwendet werden können, sind nicht auf die in den obigen Beispielen verwendeten Ilacromoleküle beschränkt, sondern sie können irgendwelche Macromoleküle sein, welche in der Lage sind, sich mit dem TCNQ ionisch zu verbinden, obgleich Cyanin- und Triphenylmethanfarbstoffe besonders bevorzugt si'nd.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   lJ Elektrolyt/ gekennzeichnet durch einen Elektron-

   donator-Akzeptor-Komplex, v/elcher 7. 7. 8 . 8-Tetracyanchinodimethan und einwertiges Kation, sowie ungesättigten, hochmolekularen Kohlenwasserstoff in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das einwertige Kation, aufweist.
2. 2. Elektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ungesättigte, hochmolekulare Kohlenwasserstoff eine aromatische Verbindung ist.
3. 3. Elektrolyt nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung¹Cyaninfarbstoff oder Triphenylmethanfarbstoff ist.

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