ES2582354T3 - Composición que comprende un líquido iónico específico - Google Patents

Composición que comprende un líquido iónico específico

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ES2582354T3 ES13733244.1T ES13733244T ES2582354T3 ES 2582354 T3 ES2582354 T3 ES 2582354T3 ES 13733244 T ES13733244 T ES 13733244T ES 2582354 T3 ES2582354 T3 ES 2582354T3
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Abstract

Composición que comprende un líquido iónico que consiste en la asociación de un catión pirrolidinio y de un anión nitrato y que comprende un disolvente elegido entre los disolventes de lactona, los disolventes de carbonato, los disolventes de nitrilo y las mezclas de los mismos.

Description

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DESCRIPCION
Composicion que comprende un liquido ionico especifico Campo tecnico
La presente invencion se refiere a nuevas composiciones que resultan de la asociacion original entre un liquido ionico especifico, que es a su vez una combinacion entre un cation especifico y un anion especifico, y un tipo de disolvente organico especifico.
Estas composiciones presentan excelentes propiedades en cuanto a conductividad, a viscosidad, a estabilidad termica (concretamente para un gran intervalo de temperaturas, por ejemplo, de entre -60°C y +150°C).
Por tanto, es muy normal que estas composiciones puedan encontrar aplicacion como electrolitos en dispositivos de almacenamiento de energia, tales como los supercondensadores.
Estado de la tecnica anterior
Existen tres grandes tipos de dispositivos de almacenamiento de energia que permiten almacenar de manera reversible energia electrica: los condensadores dielectricos clasicos, los acumuladores o generadores electroquimicos secundarios y los supercondensadores.
Los supercondensadores presentan un interes muy particular tanto para el campo de la energia a bordo como el de la energia portatil.
Desde un punto de vista del funcionamiento, los supercondensadores funcionan basandose en el principio de la doble capa electroquimica, de ahi la denominacion anglosajona que se encuentra a veces de “Electrochemical double layer capacitor” (tambien conocida con la abreviatura EDLC), o dicho de otro modo en el principio de almacenamiento de energia por distribucion de los iones procedentes de un electrolito en las proximidades de la superficie de dos electrodos poroso impregnados con electrolito, separados por una membrana aislante y porosa que garantiza la conduccion ionica.
Asi, una celda de base de un supercondensador puede resumirse con los siguientes elementos:
- un electrodo positivo;
- una interfase electrodo positivo/electrolito que forma una doble capa electrica;
- una membrana aislante y porosa impregnada por dicho electrolito;
- un electrodo negativo; y
- una interfase electrodo negativo/electrolito que forma una doble capa electrica.
Debido a la existencia de estas dos interfases que forman, cada una, una doble capa electroquimica, un supercondensador puede considerarse esquematicamente como la asociacion en serie de dos condensadores, uno en el electrodo positivo y otro en el electrodo negativo, creandose estos dos condensadores mediante la aplicacion de una corriente en los terminales del supercondensador, lo que crea una zona de cargas en las dos interfases electrodo-electrolito, almacenandose asi la energia de modo electrostatico y no electroquimico.
Existen tres grandes tipos de supercondensadores:
- los supercondensadores a base de carbono, que asocian de manera clasica dos electrodos a base de carbono activado, tambien conocidos con la denominacion de “supercondensadores de doble capa electroquimica” y tambien se califican con mucha frecuencia como sistemas simetricos, debido a que los electrodos positivos y negativos son identicos;
- los supercondensadores a base de oxidos metalicos, que funcionan basandose en el principio del almacenamiento de energia por medio de una reaccion de protonacion en la superficie de electrodos a base de oxido(s) de metales nobles (por ejemplo, de RuO2 e IrO2), permaneciendo este tipo de supercondensadores destinados a mercados de alto valor anadido, debido a los costes inducidos por el uso de metales nobles;
- los supercondensadores, que asocian un electrodo de bateria con un electrodo de supercondensador, lo que les vale a estos supercondensadores la denominacion de “sistema hibrido” o incluso la denominacion de “sistemas hibridos asimetricos”, debido a que comprenden dos electrodos diferentes.
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Se sabe que la energia almacenada y la potencia suministrada por un supercondensador son una funcion del cuadrado de la tension nominal aplicable, lo que significa, dicho de otro modo, que los rendimientos de un supercondensador pueden mejorarse enormemente interviniendo sobre el aumento de la tension nominal aplicable en los terminales del supercondensador.
Asi, la diferencia de potencial maxima en los terminales del supercondensador esta condicionada por la naturaleza del electrolito y su capacidad para permanecer estable en una ventana electroquimica dada. Entre otros, tambien resulta ser necesario que un electrolito al tiempo que es estable en una gran ventana electroquimica presente las siguientes caracteristicas:
- una buena conductividad ionica;
- un intervalo de temperatura elevada; y
- una viscosidad relativamente pequena de modo que permita una buena movilidad de los iones.
Actualmente, se usan tres tipos de electrolitos en los supercondensadores:
- los electrolitos acuosos, que consisten en una o mas sales disueltas en agua;
- los electrolitos organicos, que consisten en una o mas sales disueltas en un disolvente organico;
- los liquidos ionicos que consisten en una sal liquida a temperatura ambiente.
Con respecto a los electrolitos acuosos, ya sean acidos (por ejemplo, una disolucion de acido sulfurico) o basicos (por ejemplo, una disolucion de potasa), el campo de tension nominal aplicable, por motivos de descomposicion del agua, se limita a aproximadamente 1 V, lo que requiere para alcanzar tensiones clasicas (por ejemplo, l2 V) pasar a disposiciones complejas de varias unidades de supercondensador. Ademas, el intervalo de temperaturas accesible esta limitado debido a la baja solubilidad de determinadas sales en medios acuosos, lo que no permite usar estos electrolitos a temperaturas inferiores a -20°C.
Con respecto a los electrolitos organicos, presentan una ventana de estabilidad electroquimica mas grande que los electrolitos acuosos. Un disolvente organico usado habitualmente, para formar parte de la constitucion de estos electrolitos, es el acetonitrilo. Este disolvente es poco viscoso, disuelve muy bien las sales y es muy disociativo.
Ademas:
- es muy estable, tanto en condiciones oxidantes como reductoras;
- tiene un momento dipolar, que permite la solvatacion de los iones; y
- presenta a la vez un numero donador elevado y un numero aceptor elevado, lo que hace que pueda comportarse a la vez como un acido y una base de Lewis.
Sin embargo, estos electrolitos son poco rentables, ya que al presentar un coste elevado y el uso de determinados disolventes organicos, cuya tension de vapor es elevada, plantean un problema medioambiental grave, debido a que dificilmente pueden ser reciclables y puede evaporarse en la atmosfera circundante durante su uso.
Con respecto a los liquidos ionicos, no tienen de manera ideal una tension de vapor medible y presentan una gran estabilidad termica, lo que induce a que se eliminen con ellos los problemas medioambientales y de seguridad que se encuentra con los disolventes organicos (ya sea en cuanto a volatilidad, a evaporacion y a riesgos de inflamabilidad o de explosion).
No obstante, los liquidos ionicos pueden presentar una viscosidad importante y por tanto bajas conductividades ionicas, lo que conlleva resistencias elevadas a temperatura ambiente.
El documento Journal of Physical Chemistry B, vol. 112, n.° 42, pags. 13335-13343 describe liquidos ionicos proticos a base de cationes pirrolidinio, preparandose estos liquidos ionicos mediante reaccion de neutralizacion entre pirrolidina y acidos de Br0nsted de formula HX, en la que X es NO3-, HSO4-, HCOO-, CH3COO- o CF3COO- y CH3(CH2)6C00-. La tabla 1 describe mas especificamente un liquido ionico del tipo nitrato de pirrolidinio.
El documento Electrochemistry Communications 12 (2010) 414-417 describe los rendimientos electroquimicos de carbonos nanoporosos funcionalizados previamente en presencia de liquidos ionicos especificos, que son respectivamente nitrato de pirrolidinio y formiato de pirrolidinio, que se usan en ausencia de disolvente anadido.
El documento Electrochimica Acta 64 (2012) 110-117 hace referencia a dos liquidos ionicos especificos:
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metanosulfonato de diisopropiletilamonio y metanosulfonato de pirrolidinio, utilizandose estos liquidos ionicos en asociacion con agua, con vistas a constituir electrolitos para supercapacidades.
Asi, ya sea para electrolitos acuosos, electrolitos organicos o liquidos ionicos, siempre resultan inconvenientes inherentes a la naturaleza de estos electrolitos y no existen, actualmente, electrolitos que combinen a la vez propiedades ventajosas en cuanto a estabilidad electroquimica, conductividad ionica, estabilidad frente a la temperatura y viscosidad.
Exposicion de la invencion
Para subsanar las carencias ya mencionadas, los inventores han puesto a punto una nueva composicion, que puede usarse como electrolito para baterias de litio, comprendiendo esta composicion un liquido ionico que consiste en la asociacion de un cation pirrolidinio y de un anion nitrato y que comprende un disolvente elegido entre los disolventes de lactona, los disolventes de carbonato, los disolventes de nitrilo y las mezclas de los mismos.
El disolvente de lactona puede elegirse entre y-butirolactona, p-butirolactona, y-valerolactona, S-valerolactona y y- caprolactona. Preferiblemente, este disolvente es y-butirolactona.
El disolvente carbonato puede ser un carbonato de alquileno, tal como carbonato de propileno.
El disolvente de nitrilo puede ser un disolvente de nitrilo que comprende una funcion de nitrilo, tal como acetonitrilo y/o un disolvente de nitrilo que comprende dos funciones nitrilo, tal como adiponitrilo y/o el glutaronitrilo.
En las composiciones de la invencion, el liquido ionico mencionado anteriormente puede estar presente en una cantidad de al menos el 20% en masa con relacion a la masa total de la composicion y puede llegar hasta el 80% en masa.
A modo de ejemplo, una composicion particularmente eficaz es una composicion que comprende:
- un liquido ionico tal como se definio anteriormente a un nivel del 50% en masa con relacion a la masa total de la composicion; y
- y-butirolactona a un nivel del 50% en masa con relacion a la masa total de la composicion.
Las composiciones de la invencion presentan una conductividad elevada en un gran intervalo de temperaturas.
Por ejemplo, para una composicion que comprende el 50% en masa de liquido ionico y el 50% en masa de y- butirolactona, la conductividad presenta, respectivamente a temperaturas de -10°C, 25°C y 80°C, valores de 10 mS.cm-1, 33 mS.cm-1 y 68 mS.cm-1.
Las composiciones de la invencion tambien son muy estables en grandes intervalos de temperaturas, tales como un intervalo de temperaturas que va de -60°C a 130°C.
Las composiciones de la invencion reunen, asi, los puntos fuertes de los disolventes organicos mencionados anteriormente (alta conductividad y baja viscosidad) y los de los liquidos ionicos (estabilidad termica importante y baja tension de vapor).
Las composiciones de la invencion pueden prepararse mediante los procedimientos de preparacion sencillos al alcance del experto en la tecnica.
Asi, las composiciones pueden prepararse segun la secuencia de etapas siguientes:
- una etapa de pesada de cada uno de los componentes constituyentes de la composicion (concretamente, el liquido ionico y el disolvente de lactona);
- una etapa de formacion de la composicion mediante mezclado de dichos componentes.
El liquido ionico puede prepararse previamente mediante una simple reaccion acido-base segun el mecanismo de Br0nsted entre pirrolidina y acido nitrico.
Con respecto a las propiedades mencionadas anteriormente, las composiciones de la invencion forman, debido a la presencia de un liquido ionico, una mezcla electrolitica, lo que hace que sean particularmente apropiadas para usarse como electrolitos, en particular, en un dispositivo de almacenamiento de energia, preferiblemente, del tipo supercondensador.
Por tanto, la invencion tambien se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energia, por ejemplo del tipo
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supercondensador, como se ilustra segun un modo de realization particular en la figura unica adjunta en anexo, que comprende al menos una celda 1 que comprende un electrodo 3 positivo y un electrodo 5 negativo separados entre si por un separador 7 que comprende, como electrolito, un liquido ionico o una composition segun la invention.
El electrodo positivo y el electrodo negativo pueden ser a base de carbono, en particular de carbono activado, en cuyo caso los supercondensadores que comprenden este tipo de electrodos pueden cualificarse como sistema simetrico.
El electrodo positivo y el electrodo negativo tambien pueden ser a base de oxido(s) metalico(s).
Las composiciones segun la invention forman a nivel de cada interfase electrodo-separador una doble capa electroquimica.
Las composiciones segun la invention presentan rendimientos elevados, incluso a temperaturas muy bajas (por ejemplo, para la composition 50/50 mencionada anteriormente, capacidades de 112 F.g-1 a 25°C frente a 120 F. g-1 a -40°C, donde los electrolitos clasicos fallarian).
Son menos corrosivas que electrolitos a base de acido sulfurico.
Tambien constituyen una alternativa a electrolitos que usan disolventes organicos volatiles, lo que plantea problemas medioambientales (concretamente cuando estos disolventes se emiten a la atmosfera) y de seguridad (presentando a menudo estos disolventes riesgos de inflamabilidad).
La invention va a describirse a continuation con referencia a los ejemplos proporcionados mas adelante, facilitados de modo ilustrativo y no limitativo.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 representa una celda de supercondensador segun la invencion.
La figura 2 es un grafico que representa la evolution de la viscosidad n (en mPa.s) en funcion de la temperatura T (en °C) para la composition del ejemplo 2.
La figura 3 es un grafico que representa la evolution de la conductividad C (en mS.cm-1) en funcion de la temperatura T (en °C).
La figura 4 es un voltamperograma ciclico de la composition del ejemplo 2 en el sistema Swagelok simetrico carbono/carbono para diferentes temperaturas (-40, 20 y 50°C) a 5 mV/s (respectivamente las curvas a, b y c para -40, 20 y 50°C).
La figura 5 es un voltamperograma ciclico de la composition del ejemplo 2 en sistema Swagelok simetrico carbono/carbono para diferentes velocidades de barrido (2 mV/s, 5 mV/s, 10 mV/s, 20 mV/s, 50 mV/s y 100 mV/s) (respectivamente las curvas a, b, c, d, e y f).
La figura 6 es un voltamperograma ciclico de la composition del ejemplo 2 en sistema Swagelok simetrico carbono/carbono a 5 mV/s a -40°C en un intervalo de potenciales que van de 0 a 2 V.
Descripcion detallada de modos de realizacion particulares
EJEMPLO 1
Este ejemplo ilustra la preparation de un liquido ionico del tipo nitrato de pirrolidinio que sirve de base para la preparation de las composiciones de la invention.
La preparation de este liquido ionico puede ilustrase mediante el siguiente esquema de reaction:
imagen1
Para ello, se introduce pirrolidina (26,78 g; 0,37 mol) en un matraz de tres bocas sumergido en un bano de hielo y con un refrigerante montado encima. Se usa un termometro para controla la temperatura. Se anade gota a gota una disolucion de acido nitrico al 68% (34,54 g; 0,37 mol) en el matraz de tres bocas por medio de un embudo de adicion, efectuandose esta adicion manteniendo una agitation vigorosa durante 30 minutos. La reaction acido-base
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que resulta, es una reaccion exotermica. El bano de hielo mencionado anteriormente permite mantener la temperatura del medio de reaccion en un valor inferior a 25°C. Una vez terminada la adicion, se mantiene la agitacion durante 2 horas a temperatura ambiente, antes de anadir 233 g de 1,2-dicloroetano que va a formar un heteroazeotropo con agua. Para eliminar el agua, se destila la mezcla a presion normal hasta que se alcanza la temperatura de ebullicion del heteroazeotropo mencionado anteriormente (concretamente, 73°C). Finalmente, se evapora el 1,2-dicloroetano que quede a presion reducida, mediante lo que queda un liquido transparente muy viscoso. Este liquido, correspondiente al liquido ionico mencionado anteriormente, se seca a vacio, usando una trampa de nitrogeno liquido, durante dos dias.
El liquido ionico presenta una conductividad de 45 mS.cm-1 a 25°C y de 105 mS.cm-1 a 80°C. Tambien presenta una viscosidad proxima a 6 mPa.S a 25°C y es igual a 1,5 mPa.s a 80°C, es decir una viscosidad proxima a la del agua.
EJEMPLO 2
Este ejemplo hace referencia al estudio de las propiedades fisicoquimicas de una composicion segun la invencion, mas precisamente, a una composicion que comprende el 50% en masa del liquido ionico preparado en el ejemplo 1 y el 50% en masa de y-butirolactona.
Asi, se determino la evolucion, en funcion de la temperatura, de la viscosidad y de la conductividad de dicha composicion, notificandose los resultados en las figuras 2 y 3 adjuntas en el anexo.
Se desprende claramente de la figura 2, que representa la evolucion de la viscosidad n (en mPa.s) en funcion de la temperatura T (en °C), que la viscosidad de la composicion disminuye significativamente, en cuanto que la temperatura aumenta.
Se desprende de la figura 3, que representa la evolucion de la conductividad C (en mS.cm-1) en funcion de la temperatura T (en °C), que la composicion de la invencion presenta valores de conductividad superiores a 10 mS.cm-1 en un intervalo de temperaturas que va de -10 a 80°C.
Tambien se ha sometido a prueba la estabilidad termica de la composicion mediante calorimetria diferencial de barrido. Resulta que no se observa ninguna transicion en un intervalo de temperaturas de -60 a 100°C, lo que pone de manifiesto la estabilidad de esta composicion en este intervalo de temperaturas.
Tambien se ha sometido a prueba el comportamiento electroquimico, sobre carbono activado comercial, mediante voltamperometria ciclica a diferentes temperaturas, tal como pone de manifiesto la figura 4 que consiste en un voltamperograma ciclico en un sistema Swagelok simetrico carbono/carbono para diferentes temperaturas (-40, 20 y 50°C) a 5 mV/s (respectivamente las curvas a, b y c para -40, 20 y 50°C), y a diferentes velocidades de barrido, tal como pone de manifiesto la figura 5 que consiste en un voltamperograma ciclico en un sistema Swagelok simetrico carbono/carbono para diferentes velocidades de barrido (2 mV/s, 5 mV/s, 10 mV/s, 20 mV/s, 50 mV/s y 100 mV/s) a 20°C (respectivamente las curvas a, b, c, d, e y f para 2 mV/s, 5 mV/s, 10 mV/s, 20 mV/s, 50 mV/s y 100 mV/s).
La figura 4 muestra concretamente que la composicion de la invencion no se ve perturbada por variaciones de temperatura. A -40°C, esta composicion presenta el mismo comportamiento electroquimico que a 20°C. Las figuras 4 y 5 contribuyen asi a revelar el caracter capacitivo robusto de la composicion de la invencion, cualesquiera que sean las solicitaciones aplicadas.
Tambien se ha realizado el estudio de la capacidad de ciclacion de la composicion segun la invencion a temperaturas extremas y concretamente a -40°C, tal como pone de manifiesto la figura 6, que consiste en un voltamperograma ciclico en un sistema Swagelok simetrico carbono/carbono a 5 mV/s a -40°C en un intervalo de potenciales que van de 0 a 2 V. El mantenimiento de capacidad de ciclacion en este intervalo de tension de funcionamiento es notable a esta temperatura y es bastante superior a los resultados obtenidos con otros electrolitos acuosos y organicos.
Las capacidades, determinadas en modo galvanostatico para diferentes tensiones de funcionamiento, se notifican en la tabla a continuacion. Resulta asi que la variacion de las temperaturas de funcionamiento no perturba la composicion segun la invencion.
Composicion
T (°C) Tension de funcionamiento (E/V)
0,7
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2
50 105 106 107 112 121 135 153
Nitrato de pirrolidinio/y-butirolactona (50/50)
20 114 113 113 114 116 122 120
-10 99 107 110 113 117 120 125

Claims (10)

  1. 5
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    15
    20
    25
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    REIVINDICACIONES
    1. Composicion que comprende un liquido ionico que consiste en la asociacion de un cation pirrolidinio y de un anion nitrato y que comprende un disolvente elegido entre los disolventes de lactona, los disolventes de carbonato, los disolventes de nitrilo y las mezclas de los mismos.
  2. 2. Composicion segun la reivindicacion 1, en la que el disolvente es un disolvente de lactona.
  3. 3. Composicion segun la reivindicacion 1 o 2, en la que el disolvente de lactona se elige entre y-butirolactona, p- butirolactona, y-valerolactona, S-valerolactona, y-caprolactona y las mezclas de las mismas.
  4. 4. Composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el disolvente es y-butirolactona.
  5. 5. Composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el liquido ionico esta presente en una cantidad de al menos el 20% en masa con relacion a la masa total de la composicion y que puede llegar hasta el 80% en masa.
  6. 6. Composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es una composicion que comprende:
    - un liquido ionico segun la reivindicacion 1 a un nivel del 50% en masa con relacion a la masa total de la composicion; y
    - y-butirolactona a un nivel del 50% en masa con relacion a la masa total de la composicion.
  7. 7. Composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es un electrolito.
  8. 8. Dispositivo de almacenamiento de energia que comprende al menos una celda que comprende un electrodo positivo y un electrodo negativo separados entre si por un separador que comprende, como electrolito, una composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
  9. 9. Dispositivo de almacenamiento de energia segun la reivindicacion 8, que es un supercondensador.
  10. 10. Dispositivo de almacenamiento de energia segun la reivindicacion 8 o 9, en el que el electrodo positivo y el electrodo negativo son a base de carbono.
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CN110690060B (zh) * 2019-09-29 2020-11-20 北京科技大学 一种提高水系电化学电容器工作电压的电解液
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003901144A0 (en) * 2003-03-13 2003-03-27 Monash University School Of Chemistry Room temperature ionic liquid electrolytes for lithium secondary batteries
JPWO2005036573A1 (ja) * 2003-10-09 2006-12-28 株式会社カネカ 電極複合体および電解質、ならびにレドックスキャパシター
GB2424751B (en) * 2003-12-29 2007-06-06 Shell Int Research Electrochemical element for use at high temperatures
DE102004024000A1 (de) * 2004-05-14 2005-12-08 Clariant Gmbh Nachbehandlung von Pigmenten in ionischen Flüssigkeiten
JP2006269946A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Sii Micro Parts Ltd キャパシタおよびその製造方法
JP5645260B2 (ja) * 2008-05-19 2014-12-24 日本電気株式会社 二次電池
FR2935382B1 (fr) * 2008-08-29 2010-10-08 Centre Nat Rech Scient Sel d'anion pentacylique et son utilisation comme electrolyte
WO2011029006A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Board Of Regents, The University Of Texas System Ionic liquids for use in ultracapacitor and graphene-based ultracapacitor
EP2526104A1 (en) * 2010-01-18 2012-11-28 Merck Patent GmbH Electrolyte formulations
JP2011184421A (ja) * 2010-03-11 2011-09-22 Kaneka Corp イオン液体の製造方法
US9130240B2 (en) * 2010-10-12 2015-09-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ionic liquid, lithium secondary battery electrolyte comprising the ionic liquid, and lithium secondary battery comprising the electrolyte
FR2976734B1 (fr) * 2011-06-20 2014-05-09 Commissariat Energie Atomique Composition electrolytique specifique pour dispositif a stockage d'energie
FR2978765A1 (fr) * 2011-08-04 2013-02-08 Commissariat Energie Atomique Nouveaux liquides ioniques utilisables pour entrer dans la composition d'electrolyte pour dispositifs a stockage d'energie

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