JP2005520310A - Polymer matrix material and polymer matrix material incorporated in an electrochemical cell - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】 水溶性でエチレン性不飽和酸と酸の誘導物の群から選択される一つ以上のモノマーの重合生成物と、架橋剤とを含むポリマーマトリクス材料、およびポリマーマトリクス材料を使用した電気化学セルが本明細書で開示される。前記量は硬化時に定義済みの体積まで前記ポリマー材料が膨張するように一定量の水が重合に使用される。代わりに水溶性または水膨潤ポリマー、及び/または化学重合開始剤。【Task】
A polymer matrix material comprising a polymerization product of one or more monomers selected from the group of water-soluble ethylenically unsaturated acids and acid derivatives, and a crosslinking agent, and a polymer matrix material are used. An electrochemical cell is disclosed herein. A certain amount of water is used in the polymerization so that the amount expands to a defined volume upon curing. Instead, water-soluble or water-swelling polymers and / or chemical polymerization initiators.
Description
本明細書は、2001年6月28日出願の米国仮出願第60/301,558号、発明の名称「POLYMER MATRIX」と、Robert Callahan、Mark Stevens、及びMuguo Chenによる2001年8月30日出願の米国特許出願第09/943、053号、発明の名称「ELECTROCHEMICAL CELL INCORPORATING POLYMER MATRIX MATERIAL」と、Robert Callahan、Mark Stevens及びMuguo Chenによる2001年8月30日出願の米国特許出願番号第09/942,887号、発明の名称「POLYMER MATRIX MATERIAL」とに基づく優先権を主張するものであり、これらはこの言及により本明細書に組み込まれるものとする。 This specification includes US Provisional Application No. 60 / 301,558, filed June 28, 2001, entitled "POLYMER MATRIX", and Robert Augusta, Mark Stevens, and August 30, 2001 filed by Muguo Chen. No. 09 / 943,053, title of the invention “ELECTROCHEMICAL CELL INCORPORATION POLYMER MATRIX MATERIAL”, and US patent application No. 02/94, Aug. 30, 2001, by Robert Callahan, Mark Stevens, and Muguo Chen , 887, claiming priority based on the title of the invention "POLYMER MATRIX MATERIAL" Ri which is incorporated herein.
本発明はポリマーマトリスク材料、およびポリマーマトリスク膜を使用した電気化学セルに関し、特に溶液のサポートに適するポリマーマトリスク膜に関する。 The present invention relates to a polymer matrix material and an electrochemical cell using the polymer matrix membrane, and more particularly to a polymer matrix membrane suitable for solution support.
電気化学装置には一般に、電気化学反応を起こすために必要なアニオンとカチオンを提供する電解質源が内蔵されている。これらの電気化学装置には、電池、燃料セル、センサー、電気化学ガス分離システム、エレクトロクロミック装置、及びタンパク質分離装置が含まれる。 Electrochemical devices typically incorporate an electrolyte source that provides the anions and cations required to cause an electrochemical reaction. These electrochemical devices include batteries, fuel cells, sensors, electrochemical gas separation systems, electrochromic devices, and protein separation devices.
電池及び燃料セルは、金属/空気、金属/ハロゲン化合物、金属/水素化物、水素/空気、または電気化学反応が可能な他の物質の電気化学反応により作動する。例えば亜鉛/空気システムは、水酸化物のアニオンの拡散を必要とし、一般に電解質として水酸化カリウム水溶液を含有する。ただし、この電池の寿命は、幾つかの理由により限られる。まず第1に、露出された亜鉛は液体電解質と空気の両方によって腐食される。第2の理由は、空気カソードの空気チャネルは、徐々に電解液からの水によってブロックされる。第3の理由は、アノードから拡散した亜鉛酸化生成物によって電解液が汚染されることである。 Batteries and fuel cells operate by electrochemical reactions of metals / air, metals / halogen compounds, metals / hydrides, hydrogen / air, or other materials capable of electrochemical reactions. For example, zinc / air systems require the diffusion of hydroxide anions and generally contain an aqueous potassium hydroxide solution as the electrolyte. However, the lifetime of this battery is limited for several reasons. First of all, the exposed zinc is corroded by both the liquid electrolyte and air. The second reason is that the air channel of the air cathode is gradually blocked by water from the electrolyte. The third reason is that the electrolytic solution is contaminated by the zinc oxidation product diffused from the anode.
亜鉛/空気燃料セルのような亜鉛アノードをベースにしたシステムにおける電解液使用に関連した多くの問題を解決するために様々な方法が試みられてきた。例えば、寿命を延長し、腐食からアノードを保護するために添加剤が電解液に添加されてきた。米国特許4,118,551は、亜鉛電解質の腐食を削減させるために、水銀、インジウム、スズ、鉛、鉛化合物、カドミウム、または酸化タリウムなどの無機質添加剤の使用を開示する。しかしながら、これらの添加剤の多くは高価であり、もっと重大なことに非常に有害である。米国特許4,378,414は、アノードの腐食と亜鉛酸化生成物による電解質の汚染を低下させるために陽陰電極間に多層セパレータを使用することを開示する。更に、カソードの空気チャネルに水がしみ込むことを防ぐために、疎水性の物質が亜鉛・空気装置に導入されている。しかし、疎水性物質の導入は難しい処理であり、かつカソードの性能の低下をもたらす可能性がある。 Various approaches have been attempted to solve many of the problems associated with electrolyte use in systems based on zinc anodes such as zinc / air fuel cells. For example, additives have been added to the electrolyte to extend life and protect the anode from corrosion. U.S. Pat. No. 4,118,551 discloses the use of inorganic additives such as mercury, indium, tin, lead, lead compounds, cadmium, or thallium oxide to reduce zinc electrolyte corrosion. However, many of these additives are expensive and, more importantly, very harmful. U.S. Pat. No. 4,378,414 discloses the use of a multilayer separator between positive and negative electrodes to reduce anode corrosion and electrolyte contamination by zinc oxidation products. In addition, hydrophobic materials have been introduced into the zinc-air device to prevent water from penetrating into the cathode air channel. However, the introduction of hydrophobic materials is a difficult process and can result in a decrease in cathode performance.
亜鉛/空気システムのほかに、アルミニウム/空気、リチウム/空気、カドミウム/空気、マグネシウム/空気、及び鉄/空気システムなどの他の金属/空気システムもアンペア時容量、電圧、及び特定エネルギーが理論上高いので多くの異なる用途に使用される可能性を持つ。実際の使用では、これらの有望な理論上の価値は、電解質中の金属アノードの腐食により大幅に損なわれる。 In addition to the zinc / air system, other metal / air systems such as aluminum / air, lithium / air, cadmium / air, magnesium / air, and iron / air systems also theoretically have ampere-hour capacity, voltage, and specific energy. Since it is expensive, it has the potential to be used in many different applications. In practical use, these promising theoretical values are greatly impaired by corrosion of the metal anode in the electrolyte.
米国特許第5,688,613号明細書に開示される、水酸化物の伝導性を持つ固体電解質のポリベンズイミダゾール(PBI)フィルムは、電解質活性種がその中で拡散されているポリマーのサポート構造を有し、前記ポリマー構造はアノードとカソードの両方に密着している。しかし、このPBIフィルムは水を吸収しないので、膜内で水を保持せず、従って早く乾燥してしまう。 US Pat. No. 5,688,613 discloses a solid electrolyte polybenzimidazole (PBI) film with hydroxide conductivity, which supports a polymer in which electrolyte active species are diffused. And the polymer structure is in intimate contact with both the anode and the cathode. However, since this PBI film does not absorb water, it does not retain water in the membrane and therefore dries quickly.
米国特許第3,871,918号明細書は、メチレンビスアクリルアミド、アクリル酸、及びアクリルアミドからなるゲル中に浮遊する亜鉛顆粒の電極を使用した電気化学セルを開示する。ゲル中に含まれる水酸化カリウムが電解質の役割をする。 U.S. Pat. No. 3,871,918 discloses an electrochemical cell using electrodes of zinc granules suspended in a gel consisting of methylenebisacrylamide, acrylic acid, and acrylamide. Potassium hydroxide contained in the gel serves as an electrolyte.
カチオン伝導に基づく装置については、かなり多くの研究が行われてきているが、ほとんどの陽子透過膜は、製造費が非常に高く、通常室温では機能しない。例えば1970年代において、完全フッ素化されたポリマー膜のNAFION(登録商標)(DuPont,Wilmington,DE USA)が発売され、その後に開発された陽子透過膜のベースとなった。 Although much work has been done on devices based on cation conduction, most proton permeable membranes are very expensive to manufacture and usually do not function at room temperature. For example, in the 1970s, the fully fluorinated polymer membrane NAFION® (DuPont, Wilmington, DE USA) was released and became the basis for the subsequently developed proton permeable membrane.
米国特許第5,468,574号明細書は、スルホン化ポリスチレンのブロックコポリマー、エチレン及びブチレンのブロックを有する高度にスルホン化されたポリマー膜であることを特徴とする陽子透過膜を開示している。1997年にNASAのジェット推進研究所は、一般にH−SPEEKで知られる、スルホン化ポリ(エーテル エーテル ケトン)から成る改善された陽子透過膜の開発を発表した。 US Pat. No. 5,468,574 discloses a proton permeable membrane characterized by a highly sulfonated polymer membrane having a block copolymer of sulfonated polystyrene, blocks of ethylene and butylene. . In 1997 NASA's Jet Propulsion Laboratory announced the development of an improved proton permeable membrane made of sulfonated poly (ether ether ketone), commonly known as H-SPEEK.
セルまたは電池中のセパレータは、極性の異なる電極を物理的に分離し、電気的に絶縁する。セパレータは、異なる電極の活性物質の移動を妨げるバリアの役をすると共に、イオン透過を提供することが必要とされる。良好なイオン透過は、電気化学セルまたは電池が特定の用途において使用可能な量の電力を確実に提供するために必要である。 A separator in a cell or battery physically separates and electrically insulates electrodes having different polarities. The separator is required to serve as a barrier that prevents the movement of the active material between different electrodes and to provide ion permeation. Good ion permeation is necessary to ensure that the electrochemical cell or battery provides the amount of power that can be used in a particular application.
充電式の電気化学セルにおいて、セパレータは充電中に金属の樹枝状結晶の貫入により生じる短絡を防ぐためにも使用される。例えば、充電式の亜鉛/空気セルでは、放電中にマイナスの亜鉛電極(アノード)表面の亜鉛が電解液中に亜鉛酸塩イオンとして溶け出す。次に充電の間、使用される特定のアノードによって異なるが充電電流が一般に20mA/cm2未満である場合、荷電電極方向にマイナス電極から針状の樹枝状亜鉛が亜鉛酸塩イオンから形成される。残念ながら、これらの針状構造は、従来のセパレータを貫通し、内部短絡を起こす。セルの使用寿命は結果として終了する。樹枝状結晶の貫通を防ぐ他にセパレータは、セルの放電と充電の両方の間に電解質イオンの交換を可能にする必要がある。 In rechargeable electrochemical cells, separators are also used to prevent short circuits caused by penetration of metal dendrites during charging. For example, in a rechargeable zinc / air cell, zinc on the negative zinc electrode (anode) surface dissolves in the electrolyte as zincate ions during discharge. Then, during charging, depending on the particular anode used, if the charging current is generally less than 20 mA / cm 2, acicular dendritic zinc from the negative electrode in the direction of the charging electrode is formed from zincate ions. Unfortunately, these needle-like structures penetrate conventional separators and cause an internal short circuit. The service life of the cell ends as a result. In addition to preventing dendritic penetration, the separator needs to allow exchange of electrolyte ions during both cell discharge and charge.
充電式セルでもっとも一般に使用されるセパレータは、ポリオレフィン、ポリビニル・アルコール(PVA)、ナイロン、またはセロファンの多孔質絶縁フィルムである。アクリル酸化合物をこれらのセパレータに放射グラフトして、吸水性を向上させ、電解質の透過性を高めるも可能である。セパレータの性能を向上させるために多くの研究が重ねられてきたが、上記またその他の従来のセパレータでは、樹枝状結晶貫入の問題、また金属酸化物などの反応生成物がセルの他の部分に拡散することに関連する問題も頻繁に発生する。 The most commonly used separator in rechargeable cells is a porous insulating film of polyolefin, polyvinyl alcohol (PVA), nylon, or cellophane. Acrylic acid compounds can be radiation grafted onto these separators to improve water absorption and increase electrolyte permeability. Much research has been done to improve the performance of the separator. However, in the above and other conventional separators, the problem of dendritic crystal penetration and reaction products such as metal oxides are present in other parts of the cell. Problems related to spreading often occur.
従来のセパレータでは、セパレータの孔サイズをコントロールすることが、樹枝状結晶貫入と生成物拡散を防ぐための唯一の効果的な方法である。これにより、セパレータのイオン透過性も大幅に損なわれる。これは、電気自動車などの用途において重要な考慮点となる、高充放電電流密度のオペレーションに支障を生じさせる。 In conventional separators, controlling the pore size of the separator is the only effective way to prevent dendritic penetration and product diffusion. Thereby, the ion permeability of a separator is also impaired significantly. This impedes high charge / discharge current density operation, which is an important consideration in applications such as electric vehicles.
米国特許5,549,988号明細書(‘988特許)は、充電式の電気化学電池のカソードとアノード間に配置される電解質システムセパレータを開示する。電解質システムにはポリアクリル酸またはその誘導体から製造されたポリマーマトリクスを含む。次にKOHまたはH2SO4などの電解種がポリマーマトリクスに添加されてシステムが完成する。しかし、’988特許で記載されるように、開示された電解質−ポリマーフィルムの測定イオン伝導度は低く、0.012 S/cmから0.066 S/cmの範囲である。 US Pat. No. 5,549,988 (the '988 patent) discloses an electrolyte system separator disposed between the cathode and anode of a rechargeable electrochemical cell. The electrolyte system includes a polymer matrix made from polyacrylic acid or a derivative thereof. An electrolytic species such as KOH or H 2 SO 4 is then added to the polymer matrix to complete the system. However, as described in the '988 patent, the measured electrolyte conductivity of the disclosed electrolyte-polymer film is low, ranging from 0.012 S / cm to 0.066 S / cm.
これらの伝導度で十分な用途もあるが、電気自動車を含む他の高度のオペレーションには十分ではない。電気化学反応はまた、エレクトロクロミック装置(ECD)の機能にも関連する。エレクトロクロミズムは、広義には物質中で電気化学酸化還元プロセスにより誘導された可逆の光吸収変化と定義される。一般に、エレクトロクロミック装置は、2つの異なる相補的特徴を持つエレクトロクロミック材料(ECM)を有し、1つ目の物質は通常還元され、還元される間に色(1)から色(2)へ変化し、その間2番目の物質が酸化し、電子を失う際に同様の変化が生じる。 While these conductivities are sufficient, they are not sufficient for other advanced operations, including electric vehicles. Electrochemical reactions are also related to the function of the electrochromic device (ECD). Electrochromism is broadly defined as a reversible light absorption change induced in a material by an electrochemical redox process. In general, an electrochromic device has an electrochromic material (ECM) with two different complementary features, the first substance usually being reduced and from color (1) to color (2) while being reduced. A similar change occurs as the second material oxidizes and loses electrons.
基本的には、エレクトロクロミック材料が装置のどこに位置するかによってエレクトロクロミック装置は2タイプにわけられる。薄型フィルムタイプの装置では、2つのECMが2つの電極にコーティングされ、酸化還元着色プロセルの間そこに残留する。液相装置では、両方のECMが電解液に溶解され、着色サイクルの間もそこに残される。液相装置は一般にもっと信頼性があり、寿命もより長いが、着色状態を維持するには、外部電力が常時加えられる必要がある。前記薄フィルムタイプの装置は、その着色状態を維持するために外部電力を必要としないので、電力消費は大きく削減され、スマートウィンドウ等の省エネの用途で有利となる。薄フィルムタイプの装置の問題点は、寿命が短いことである。一定数のサイクルの後、ECMフィルムは電極との接触を失うか、相変化が不可能になり、装置の有効期限が修了する。 Basically, there are two types of electrochromic devices depending on where the electrochromic material is located in the device. In thin film type devices, two ECMs are coated on the two electrodes and remain there during the redox colored process. In a liquid phase device, both ECMs are dissolved in the electrolyte and remain there during the coloring cycle. Liquid phase devices are generally more reliable and have a longer lifetime, but external power must be constantly applied to maintain the color state. The thin film type device does not require external power to maintain its colored state, so that power consumption is greatly reduced, which is advantageous for energy saving applications such as smart windows. The problem with thin film type devices is their short lifetime. After a certain number of cycles, the ECM film loses contact with the electrode or no phase change is possible and the device expires.
液相装置に関しては、例えば米国特許5,128,799号明細書が、装置にゲルを加えることが関与する、着色状態維持に必要な電流を削減する方法を開示する。これにより、エネルギー消費は削減されるが、ゲルを装置中に加えることにより前記装置のスイッチング速度も大幅に低下する。薄フィルム装置に関連して、装置の寿命を延長する試みにはフィルムの結晶構造の変更が含まれる。このような修正は、薄フィルム装置の寿命を若干延長させたが、そのような装置の標準寿命はまだ十分ではない。 With respect to liquid phase devices, for example, US Pat. No. 5,128,799 discloses a method for reducing the current required to maintain a colored state involving adding gel to the device. This reduces energy consumption, but adding the gel into the device also significantly reduces the switching speed of the device. In connection with thin film equipment, attempts to extend the life of the equipment include changing the crystal structure of the film. Although such modifications have slightly extended the life of thin film devices, the standard life of such devices is still not sufficient.
上記の問題があるため、グリーンエネルギー源である燃料セル技術や、スマートウインドウやフラットパネルディスプレイなどのいくつかの節エネ、装飾、及び情報表示用途がある、エレクトロクロミック装置の開発及び商用化の成功が阻まれている。充電式の電気化学セルに関連する問題については、金属樹枝状結晶の貫通と反応生成物の拡散に対する効果的なバリヤーを提供すると共に、改善されたイオン伝導性を提供できるセパレータの必要性が高い。 Due to the above problems, successful development and commercialization of electrochromic devices with green energy source fuel cell technology and several energy saving, decoration and information display applications such as smart windows and flat panel displays Is blocked. For the problems associated with rechargeable electrochemical cells, there is a high need for separators that can provide effective barriers to metal dendritic penetration and reaction product diffusion, as well as provide improved ionic conductivity. .
本発明は、溶液をサポートできるポリマーマトリクス材料を提供する。上記溶液は、例えば、前記材料の適切な用途で所望される任意の溶液を含むことが可能である。例えば、塩基性または酸性の電解質で作動するシステムでは、イオン種の適切な溶液は、アニオンまたはカチオンへの伝導性が高いにポリマーマトリクス材料中に提供されてもよい。中性種が必要なシステムでは、そのような中性溶液をポリマーマトリクス材料内に提供してもよい。 The present invention provides a polymer matrix material that can support a solution. The solution can include, for example, any solution desired for the appropriate use of the material. For example, in systems operating with basic or acidic electrolytes, a suitable solution of ionic species may be provided in the polymer matrix material to be highly conductive to anions or cations. In systems where a neutral species is required, such a neutral solution may be provided within the polymer matrix material.
前記ポリマーマトリクス材料には、水溶性で、エチレン性の非飽和酸および酸誘導物、及び架橋剤の群から選択される1つ以上のモノマーの重合物を含む。前記ポリマー材料が硬化時に所定の大きさに膨張するように、重合には一定量の水が使用される。代わりは、水溶性または水膨潤ポリマー及び/又は化学重合開始剤。 The polymer matrix material includes a polymer of one or more monomers selected from the group of water soluble, ethylenically unsaturated acids and acid derivatives, and crosslinkers. A certain amount of water is used for the polymerization so that the polymer material expands to a predetermined size upon curing. Instead, water-soluble or water-swelling polymers and / or chemical polymerization initiators.
1実施例では、前記ポリマーマトリクス材料は、電気化学装置での使用用にイオン種を組み込んだポリマーマトリクス膜に形成されてもよい。例えば、一次電池、二次電池、及び金属/空気(例えば亜鉛/空気、カドミウム/空気、リチウム/空気、マグネシウム/空気、鉄/空気、アルミニウム/空気)Zn/Ni、Zn/MnO2、Zn/AgO、Fe/Ni、鉛酸、Ni/Cd、及び水素燃料セルなどの燃料セルにおいて、前記ポリマーマトリクス膜を適切な溶液と一緒に導入してもよい。更に、スマートウインドウやフラットパネルディスプレイなどのエレクトロクロミック装置において、前記ポリマーマトリクス膜を適切な溶液と一緒に使用してもよい。二次電池(すなわち充電式)において、ポリマーマトリクス膜は、電解質源として、また荷電電極とアノード間の抗樹枝状結晶セパレータとして、特に有用である。加えて、電気化学セルガス分離器及びセンサーなどの他の電気化学セルベースの装置でも前述のポリマーマトリクス膜を使用することができる。 In one embodiment, the polymer matrix material may be formed into a polymer matrix membrane that incorporates ionic species for use in electrochemical devices. For example, primary batteries, secondary batteries, and metals / air (eg, zinc / air, cadmium / air, lithium / air, magnesium / air, iron / air, aluminum / air) Zn / Ni, Zn / MnO2, Zn / AgO In fuel cells such as Fe / Ni, lead acid, Ni / Cd, and hydrogen fuel cells, the polymer matrix membrane may be introduced together with a suitable solution. Furthermore, the polymer matrix film may be used together with a suitable solution in electrochromic devices such as smart windows and flat panel displays. In secondary batteries (ie rechargeable), the polymer matrix membrane is particularly useful as an electrolyte source and as an anti-dendritic crystal separator between the charged electrode and the anode. In addition, the polymer matrix membrane described above can also be used in other electrochemical cell based devices such as electrochemical cell gas separators and sensors.
亜鉛/空気燃料セル電池に関しては、例えば本発明の伝導性膜を使って、アノードとカソードを保護することもできる。そのようなシステムでは前記イオン種は、前記ポリマーマトリクス膜内に液相として含有され、前記の欠点なしに電解液として機能できる。前記ポリマーマトリクス膜は、前記アノードを腐蝕から保護し(空気また電解液による)、また前記アノードからの亜鉛酸化物が電解液を汚すことを防ぐ。前記カソードについては、前記の膜自体は固体なので、水によりカソードの空気チャネルがブロックされることはない。その結果、前記システムの寿命が長くなる。 For zinc / air fuel cell batteries, the anode and cathode can be protected, for example, using the conductive membrane of the present invention. In such a system, the ionic species are contained as a liquid phase in the polymer matrix membrane and can function as an electrolyte without the disadvantages described above. The polymer matrix membrane protects the anode from corrosion (by air or electrolyte) and prevents zinc oxide from the anode from fouling the electrolyte. For the cathode, the membrane itself is solid so that water does not block the cathode air channel. As a result, the lifetime of the system is extended.
本明細書では用語「アノード」は用語「マイナス電極」を指すと共に言い換え可能である。同様に、「カソード」は用語「プラス電極」を指すと共に言い換えができる。 As used herein, the term “anode” refers to and can be interchanged with the term “minus electrode”. Similarly, “cathode” refers to and can be rephrased as the term “plus electrode”.
前記ポリマーマトリクス材料は、水溶性のエチレン性の非飽和酸および酸誘導物の群から選択される1つ以上のモノマーの第一タイプの重合物を有する。前記ポリマーマトリクス材料はまた、第2タイプのモノマーを、一般に架橋剤として含む。更に、前記ポリマーマトリクス材料は、補強要素の作用をする水溶性または水膨潤ポリマーを含んでもよい。更に、電気重合開始剤を任意で含んでもよい。重合後、前記イオン種を前記ポリマーマトリクス材料に追加することにより、前記ポリマーマトリクス中に取り込ませてもよい。 The polymer matrix material has a first type polymer of one or more monomers selected from the group of water soluble ethylenically unsaturated acids and acid derivatives. The polymer matrix material also includes a second type of monomer, generally as a crosslinker. Furthermore, the polymer matrix material may comprise a water-soluble or water-swelling polymer that acts as a reinforcing element. Furthermore, an electropolymerization initiator may optionally be included. After polymerization, the ionic species may be incorporated into the polymer matrix by adding to the polymer matrix material.
重合中にモノマーの溶液と前記の任意の水溶性または水膨潤ポリマーは、水、前記ポリマーマトリクス材料内で最終的に所望される種の溶液、またはその組み合わせを含んでもよい。そのため、結果としてのポリマーマトリクス材料は、前記ポリマーマトリスク材料が特定の用途で使用できるように、有益な溶液を含有することが可能である。純水が前記モノマー溶液に添加される唯一の種である場合は、硬化後のポリマーの体積を増やすためのスペースホルダーの役目をする。前記ポリマーマトリクスの体積を一定量の水と一緒に定義することにより、材料(または膜、材料からの生成物による)の膨張または縮小なしに、前記の水は所望されるイオン種の適切な濃度の溶液に置き換えること(「溶液置換処理」)ができる。この事が好ましいのは、強度とイオン伝導性が、イオン液相の体積と屈曲度に大きく関連するからである。ポリマーの大幅な膨張は、最終材料の機械的強度を低下させる可能性を有する。しかし、材料が電解質のための十分な体積を提供できるまでに十分に膨張しなかった場合は、伝導性が低下する。前記溶液置換処理は、ディッピング、ソーキング、スプレイ−、イオン交換樹脂との接触の形で、または当業者に公知の他の技術で行うことができる。 During polymerization, the monomer solution and the optional water-soluble or water-swelling polymer may comprise water, the type of solution ultimately desired within the polymer matrix material, or a combination thereof. Thus, the resulting polymer matrix material can contain a beneficial solution so that the polymer matrix material can be used in a particular application. When pure water is the only species added to the monomer solution, it acts as a space holder to increase the volume of the polymer after curing. By defining the volume of the polymer matrix together with a certain amount of water, the water will have an appropriate concentration of the desired ionic species without expansion or contraction of the material (or membrane, due to products from the material). (“Solution replacement process”). This is preferred because strength and ionic conductivity are greatly related to the volume and flexure of the ionic liquid phase. Large expansion of the polymer has the potential to reduce the mechanical strength of the final material. However, if the material does not expand sufficiently to be able to provide sufficient volume for the electrolyte, the conductivity is reduced. The solution replacement treatment can be performed in the form of dipping, soaking, spraying, contact with an ion exchange resin, or other techniques known to those skilled in the art.
例えばアルカリシステムの場合、前記水酸化物イオン種は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、またはそれらの組み合わせのアルカリ水溶液から得てもよい。好ましくは、例えば水酸化カリウム液中の塩基は約0.1重量%から55重量%の範囲の濃度で、もっとも好ましくは約30重量%から45重量%である。酸性システムの場合は、陽子は例えば過塩素酸、硫酸、塩化水素酸、またはそれらの組み合わせの溶液の酸性電解水溶液から得ることができる。過塩素酸の濃度は、たとえば、約0.5重量%から70重量%であるのが好ましく、もっとも好ましいは約10%から15重量%である。前記ポリマーマトリクス膜は中性システムでも使用可能で、このポリマーマトリクス膜によってサポートされる溶液は、塩化アンモニウムと硫酸カリウムの飽和中性水溶液、塩化アンモニウムと、硫酸カリウムと、塩化ナトリウムとの飽和溶液、硫酸カリウムと塩化アンモニウムとの飽和中性溶液が含まれるが、これらに限定されるものではない。 For example, in the case of an alkaline system, the hydroxide ionic species may be obtained from an alkaline aqueous solution of potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, or combinations thereof. Preferably, for example, the base in potassium hydroxide solution is at a concentration in the range of about 0.1% to 55% by weight, most preferably about 30% to 45% by weight. In the case of an acidic system, protons can be obtained from an acidic electrolytic aqueous solution of, for example, perchloric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or combinations thereof. The concentration of perchloric acid is preferably, for example, from about 0.5% to 70% by weight, and most preferably from about 10% to 15% by weight. The polymer matrix membrane can also be used in a neutral system, and the solution supported by the polymer matrix membrane is a saturated neutral aqueous solution of ammonium chloride and potassium sulfate, a saturated solution of ammonium chloride, potassium sulfate, and sodium chloride, A saturated neutral solution of potassium sulfate and ammonium chloride is included, but is not limited thereto.
本発明の原理はエレクトロクロミック装置に適用されてもよい。ここで、前記装置のエレクトロクロミック材料は,ポリマーマトリクス内に含有されるので、液相ECシステムに関連する信頼性と長寿、また薄フィルムのECシステムに関連する省エネメモリー特性を装置に提供する。 The principles of the present invention may be applied to electrochromic devices. Here, since the electrochromic material of the device is contained within a polymer matrix, it provides the device with the reliability and longevity associated with a liquid phase EC system and the energy saving memory characteristics associated with a thin film EC system.
したがって、本発明のさらなる別の実施例は、エレクトロクロミック材料がポリマーマトリクス膜内に含まれるエレクトロクロミック装置である。通常、そのような装置は、2つの電解基板、及びその両間に挟まれるポリマーマトリクス膜内に含まれるエレクトロクロミック材料を有する。前記装置は,ポリマーマトリクス膜間に水性または固体電解質を任意で有してもよい。電極基板は、例えばプラチナ、金、インジウムスズ酸化物等の導電ガラス、及びその類似物で構成されてもよい。 Accordingly, yet another embodiment of the present invention is an electrochromic device in which the electrochromic material is contained within a polymer matrix membrane. Typically, such devices have two electrolytic substrates and an electrochromic material contained within a polymer matrix film sandwiched between them. The device may optionally have an aqueous or solid electrolyte between the polymer matrix membranes. The electrode substrate may be made of conductive glass such as platinum, gold, indium tin oxide, and the like.
以下、下記の図面を参照しながら説明する。図1は典型的な亜鉛/空気燃料セルを示し、ここにおいて、2つのポリマーマトリクス膜1、2は亜鉛アノード3および空気カソード4の間に配置される。第1の膜はアノード保護膜1であり、そして、第2の膜は水酸化物伝導性の膜2である。膜はイオン種の供給源としてだけでなく、その種の伝導性が非常に高く、しかも、電極に保護層を提供して、セル破損の通常の原因を防ぐ。前記膜は電解液相に亜鉛酸化生成物の拡散を防ぎ、それらは電解液または空気による亜鉛アノードの腐食を防ぎ、また、電解液からの水によってカソードの空気チャネルが塞がれるのを防ぐ。図2の亜鉛/空気システムは、亜鉛アノード3および空気カソード4の表面上の保護的で、イオン伝導性のあるポリマーマトリクス膜5、6、および前記二つ間に電解水溶液7を含む。 Hereinafter, description will be given with reference to the following drawings. FIG. 1 shows a typical zinc / air fuel cell, in which two polymer matrix membranes 1, 2 are disposed between a zinc anode 3 and an air cathode 4. The first film is the anode protective film 1, and the second film is the hydroxide conductive film 2. The membrane is not only a source of ionic species but also has a very high conductivity of that type, and provides a protective layer for the electrode to prevent the usual causes of cell failure. The membrane prevents diffusion of zinc oxidation products into the electrolyte phase, which prevents corrosion of the zinc anode by the electrolyte or air, and prevents water from the electrolyte from blocking the cathode air channel. The zinc / air system of FIG. 2 includes a protective, ionically conductive polymer matrix membrane 5, 6 on the surface of the zinc anode 3 and air cathode 4, and an aqueous electrolyte solution 7 between the two.
次に図3を参照する。アルミニウムアノード9とカソード10間にポリマーマトリクスの水酸化物伝導性膜8を組み入れているアルミニウム/空気燃料セルシステムが示される。前記亜鉛/空気システムのように、この実施例のポリマーマトリクス膜は、全くの液体の電解質の使用に関連する腐食問題を防ぐのに役立ち、更にイオン伝導媒体として役立つ。
Reference is now made to FIG. An aluminum / air fuel cell system incorporating a polymer matrix hydroxide conductive membrane 8 between an aluminum anode 9 and a
図4において図示されるように、水素燃料セル技術に適用される場合、前記ポリマーマトリクス膜は、製造が簡単で、既存の陽子伝導性膜よりずっと安く、室温でよく機能する、陽子または水酸化物伝導性膜を提供するのに使用されてもよい。実際の伝導媒体はポリマーマトリクス膜の内の水溶液に残されるでの、膜の伝導率は液体電解質のそれに相応し、室温においてはかなり高い。本発明の本実施例において、陽子または水酸化物伝導性ポリマーマトリクス膜11は水素アノード12および空気カソード13間に配置され、これにより水素および空気が分離される。
As illustrated in FIG. 4, when applied to hydrogen fuel cell technology, the polymer matrix membrane is simpler to manufacture, much cheaper than existing proton conducting membranes, and functions well at room temperature. It may be used to provide a material conductive membrane. Since the actual conducting medium is left in the aqueous solution within the polymer matrix membrane, the conductivity of the membrane corresponds to that of the liquid electrolyte and is quite high at room temperature. In this embodiment of the invention, a proton or hydroxide conducting polymer matrix membrane 11 is disposed between the
図5に示すように、本発明の原理は、エレクトロクロミックシステムにも適用可能である。ここで、エレクトロクロミック材料(ECM)は、ポリマーマトリクス内に保持される溶液相内に拡散される。前記ECMは溶液中にあるので、装置は溶液相装置の優れた信頼性および長寿命を呈し、さらに、前記ECMは物理的に閉じ込められるので、装置の大部分である電解質に拡散することがなく、その結果、装置は、薄フィルム型装置の優れたメモリーを呈する。図示されるように前記装置は、2つの電極基質14、15を含み、その間にポリマーマトリクス膜により被包化されるエレクトロクロミック材料16、17をを有する。図示されるように、前記装置は、前記ポリマーマトリクス膜16、17の間に配置される水溶液または固体電解質18を任意で含む。
As shown in FIG. 5, the principles of the present invention are also applicable to electrochromic systems. Here, the electrochromic material (ECM) is diffused into the solution phase retained within the polymer matrix. Since the ECM is in solution, the device exhibits the excellent reliability and long life of a solution phase device, and furthermore, since the ECM is physically confined, it does not diffuse into the electrolyte that is the bulk of the device. As a result, the device exhibits the superior memory of a thin film type device. As shown, the device comprises two
次に図6を参照する。3つの電極集合、20、30、40から形成され、ハウジング90内に収納されてる充電式の電気化学的セルが図示される。電極20は、陰性電極または金属アノードを表し、電極40は、正極(すなわち空気カソード)で、そして電極30は多孔性の荷電電極である。本実施例において、カソード40および荷電電極30は別々の電極で、荷電電極30はカソード40およびポリマーマトリクス膜60の間に配置される。図面に示すように、3つの電極20、30、40は、相互間に間隔を置いて、相互に平行に配置される。充電式の電気化学セルは、各電極、ポリマーマトリクス膜60および多孔質スペーサ50(使用される場合)と通常、液浸接触する液体(水溶性)電極80を任意で含む。 Reference is now made to FIG. A rechargeable electrochemical cell formed from three electrode assemblies 20, 30, 40 and housed in a housing 90 is illustrated. Electrode 20 represents a negative electrode or metal anode, electrode 40 is a positive electrode (ie, an air cathode), and electrode 30 is a porous charged electrode. In this embodiment, the cathode 40 and the charged electrode 30 are separate electrodes, and the charged electrode 30 is disposed between the cathode 40 and the polymer matrix film 60. As shown in the drawing, the three electrodes 20, 30, 40 are arranged parallel to each other with a space between them. The rechargeable electrochemical cell optionally includes a liquid (water soluble) electrode 80 that is typically in immersion contact with each electrode, polymer matrix membrane 60 and porous spacer 50 (if used).
金属アノード20は、酸化しやすい金属、好ましくは亜鉛、カドミウム、リチウム、マグネシウム、鉄またはアルミニウムでできている。高電流密度の用途のために、空気カソード40は、好ましくは少なくとも200mA/cm2の電流密度を有する。例示的な空気カソードは、同時係属中の同一譲受人の米国特許出願第09/415,449号明細書、発明の名称「ELECTROCHEMICAL ELECTRODE FOR FUEL CELL」(1999年10月8日出願)において開示され、この言及により全文を本明細書に組み込むものとする。当業者にとって明らかなように、他の空気カソードをそれの性能能力に応じて代替として使用することが可能である。 The metal anode 20 is made of a metal that is easily oxidized, preferably zinc, cadmium, lithium, magnesium, iron or aluminum. For high current density applications, the air cathode 40 preferably has a current density of at least 200 mA / cm 2 . An exemplary air cathode is disclosed in co-pending and commonly assigned US patent application Ser. No. 09 / 415,449, entitled “ELECTROCHEMICAL ELECTRODE FOR FUEL CELL” (filed Oct. 8, 1999). This reference is incorporated herein in its entirety. As will be apparent to those skilled in the art, other air cathodes can alternatively be used depending on their performance capabilities.
図6に示すように、多孔性の荷電電極30は、金属アノード20および空気カソード40間に平行に配置される。任意の非活性の伝導性の多孔質材料を多孔性の荷電電極30を形成するために使用できる。例として、プラチナ、ニッケル、酸化ニッケル、ペロブスカイトおよびその誘導物、炭素、およびパラジウムが挙げられるが、これに限定されるものではない。更に、イオン伝導を補助するために、開口または穴を穿設するかまたは荷電電極30の上に形成してもよい。電極が物理的に相互に接触しないことが重要であり、また電解質のための隙間を形成するのに十分な距離が確保されなければならない。 As shown in FIG. 6, the porous charged electrode 30 is disposed between the metal anode 20 and the air cathode 40 in parallel. Any inactive conductive porous material can be used to form the porous charged electrode 30. Examples include, but are not limited to, platinum, nickel, nickel oxide, perovskite and its derivatives, carbon, and palladium. Further, openings or holes may be drilled or formed on the charged electrode 30 to assist ionic conduction. It is important that the electrodes are not in physical contact with each other, and a sufficient distance must be ensured to form a gap for the electrolyte.
さらに、荷電電極30と空気カソード40の間に多孔質スペーサ50を配置して、2つの電極間に十分な距離を確保することが望ましい場合がある。多孔質スペーサ50が充電式の電気化学的セル100に含まれる場合、は多孔質スペーサ50および各々の電極30および40の両側上に隙間が電解質のために形成される。しかし、本発明は多孔質スペーサ50を含む構造に限定されてはいない。電極を分離した状態でハウジングに固定させるなど、2つの電極間の物理的接触を防ぐいかなる手段も使用可能である。しかし、多孔質スペーサ50を使用する場合、ナイロンなどの多孔性の塑性物質で通常できているので、厚さは一般に約0.1mmから約2mmまでの範囲である。 Furthermore, it may be desirable to place a porous spacer 50 between the charged electrode 30 and the air cathode 40 to ensure a sufficient distance between the two electrodes. When the porous spacer 50 is included in the rechargeable electrochemical cell 100, a gap is formed for the electrolyte on both sides of the porous spacer 50 and each electrode 30 and 40. However, the present invention is not limited to the structure including the porous spacer 50. Any means for preventing physical contact between the two electrodes can be used, such as securing the electrodes to the housing in a separated state. However, when the porous spacer 50 is used, the thickness is generally in the range of about 0.1 mm to about 2 mm because it is typically made of a porous plastic material such as nylon.
図示されるように、ポリマーマトリクス膜60は間隔を置いて、電極20、30、40と平行に置かれ、荷電電極30および金属アノード20の間に位置する。電解質用の隙間は、ポリマーマトリクス膜60の両側に設けられる。あるいは、図示されていないが、ポリマーマトリクス膜が3つの電極のうちの1つの上に放射グラフトされる場合、前記電極は前記ポリマーマトリクス膜にサポートを提供するので、前記ポリマーマトリクス膜とそれが形成される電極の間に隙間は存在しない。本発明によれば、ポリマーマトリクス膜60は1つには、空気カソード40および金属アノード20の間での短絡を防ぐ機能をする。 As shown, the polymer matrix membrane 60 is spaced and parallel to the electrodes 20, 30, 40 and is located between the charged electrode 30 and the metal anode 20. The gap for the electrolyte is provided on both sides of the polymer matrix film 60. Alternatively, although not shown, when the polymer matrix membrane is radiation grafted onto one of the three electrodes, the electrode provides support to the polymer matrix membrane so that the polymer matrix membrane and it forms There is no gap between the electrodes to be applied. In accordance with the present invention, the polymer matrix membrane 60 functions in part to prevent a short circuit between the air cathode 40 and the metal anode 20.
図7は本発明の充電式の電気化学セルを示し、ここでカソードおよび荷電電極は単一の二機能性電極41を形成、すなわち、前記電極が陽性電極として、また電池の充電の両方に使用される。任意に、液状の(水性)電解質81をセルのハウジング内に含んでもよい。ポリマーマトリクス膜61は、アノード21および二機能性電極41の間に配置される。電気化学セルはハウジング91も含む。
FIG. 7 shows the rechargeable electrochemical cell of the present invention, where the cathode and charged electrode form a single
図7に示されるこの電極/セパレータの二元構造は、充電式の電池システムのいくつかの異なるタイプに使用が可能である。たとえば、アノード21は酸化する金属、例えば図6に関連して前述したリスト中の1つ(好ましくは亜鉛)であってもよく、そして、二機能性電極41は先に述べた空気カソードであってもよい。もう一つの実施例では、アノード21は亜鉛または酸化亜鉛である。そして、二機能性電極41は酸化ニッケル、二酸化マンガン、酸化銀またはコバルト酸化物である。あるいは、アノード21は鉄またはカドミウムであってもよく、そして、単一の二機能性電極41は酸化ニッケルである。これらのシステムにおいて、ポリマーマトリクス膜61に含まれるイオン種は、アルカリ水酸化物水溶液および関連する水酸化物濃縮からのものであるのが好ましい。しかし、本発明の充電式の金属/空気セルにおいて、イオン種が中性の水溶溶液からのものである場合は中性のポリマーマトリクス膜61を代わりに使用できる。
This electrode / separator binary structure shown in FIG. 7 can be used in several different types of rechargeable battery systems. For example, the
アノード21が鉛で、二機能性電極41が酸化鉛である充電式の酸化鉛電池のような酸性システムでは、ポリマーマトリクス膜61として酸性膜を使用してもよい。本実施例において、ポリマーマトリクス膜61に含有されるイオン種は、過塩素酸、硫酸、塩酸、リン酸またはその組み合わせの水溶液からのものである。
In an acidic system such as a rechargeable lead oxide battery in which the
図示されてはいないが前述の、他の充電式の電気化学セル構造において、前記ポリマーマトリクス膜は、アノード、荷電電極、カソード、または二機能性電極が使用される場合は二機能性電極に直接グラフトすることもできる。この場合、その上に前記ポリマーマトリクス膜が形成される電極基質によって、前記ポリマーマトリクス膜のためのサポートが提供される。 In other rechargeable electrochemical cell structures not shown, the polymer matrix membrane is directly connected to the anode, charged electrode, cathode, or bifunctional electrode if a bifunctional electrode is used. It can also be grafted. In this case, an electrode substrate on which the polymer matrix film is formed provides support for the polymer matrix film.
電解質の溶液ボリュームまたはハウジングの形(図6の参照番号90及び図7の参照番号91で示される)は、正方形または長方形に限られるわけではない。前記形状は、円形、楕円形、多角形、またはいずれの形状でも構わない。更に、前記セルハウジングは、任意の強く、化学的に非活性の絶縁物質、例えば電気化学セルおよびアルカリ蓄電池において従来から使用されるプラスチックから製造可能である。
The shape of the electrolyte solution volume or housing (indicated by reference numeral 90 in FIG. 6 and
作動中のときに、導線(図示せず)は、通常銅細片で、金属アノード、荷電電極、およびカソードおよび/または二機能性電極の露出部分に付着される。これらの導線は、アノードを再充電するために外部電圧をセルに印加するために使用される。絶縁用エポキシは、一般に露出した継ぎ目をカバーするために使用される。 When in operation, conductors (not shown) are typically copper strips attached to the exposed portions of the metal anode, charged electrode, and cathode and / or bifunctional electrode. These conductors are used to apply an external voltage to the cell to recharge the anode. Insulating epoxies are commonly used to cover exposed seams.
前記ポリマーマトリクス材料は、水溶性のエチレン性の非飽和酸および酸誘導物の群から選択される1つ以上のモノマーの第一タイプの重合物を有する。前記ポリマーマトリクス材料はまた、第2タイプのモノマーを、一般に架橋剤として含む。更に、前記ポリマーマトリクス材料は、補強要素の作用をする水溶性または水膨潤ポリマーを含んでもよい。更に、電気重合開始剤を任意で含んでもよい。重合後、前記イオン種を前記ポリマーマトリクス材料に追加し、前記ポリマーマトリクス中に残留させてもよい。 The polymer matrix material has a first type polymer of one or more monomers selected from the group of water soluble ethylenically unsaturated acids and acid derivatives. The polymer matrix material also includes a second type of monomer, generally as a crosslinker. Furthermore, the polymer matrix material may comprise a water-soluble or water-swelling polymer that acts as a reinforcing element. Furthermore, an electropolymerization initiator may optionally be included. After polymerization, the ionic species may be added to the polymer matrix material and remain in the polymer matrix.
水溶性のエチレン的に不飽和の酸および酸誘導物は、一般に以下の式を有する。 Water soluble ethylenically unsaturated acids and acid derivatives generally have the following formula:
R1、R2およびR3は、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキン、芳香族化合物、ハロゲン、カルボン酸誘導体、硫酸塩および硝酸塩の群からそれぞれ独立して選択され、また上記に限定されるわけではない。 R1, R2 and R3 are each independently selected from the group of H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2-C6 alkyne, aromatic, halogen, carboxylic acid derivative, sulfate and nitrate, Moreover, it is not necessarily limited to the above.
R4は、NR5、NHR5、NH2、OH、H、ClおよびBrを含むがこれに限定されないハロゲン化物、OR5、およびカルボン酸誘導体からなる群から選択可能であるが、これらに限定されるわけではなく、ここにおいて、R5は、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキンおよび芳香族化合物からなる群から選択可能である。 R4 can be selected from the group consisting of halide, OR5, and carboxylic acid derivatives including but not limited to NR5, NHR5, NH2, OH, H, Cl and Br, but is not limited thereto. Where R5 can be selected from the group consisting of H, C, C2-C6 alkanes, C2-C6 alkenes, C2-C6 alkynes and aromatic compounds.
前記一般式(1)を有するこの種のエチレン性不飽和酸および誘導物は、メチレンビスアクリルアミド、アクリルアミド、メタクリル酸、アクリル酸、フマルアミド、フマル酸、N−イソプロピルアクリルアミド、N、N−ジメチルアクリルアミド、3,3−ジメチルアクリル酸、無水マレイン酸および前述のエチレン性不飽和酸および誘導物のうちの少なくとも1つから成る組み合わせを含むが、これに限定されるものではない。 Such ethylenically unsaturated acids and derivatives having the general formula (1) are methylene bisacrylamide, acrylamide, methacrylic acid, acrylic acid, fumaramide, fumaric acid, N-isopropylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, Including, but not limited to, 3,3-dimethylacrylic acid, maleic anhydride and combinations of at least one of the aforementioned ethylenically unsaturated acids and derivatives.
所望の特徴に応じて、直ちに重合可能な群を有する他のエチレン性不飽和酸および誘導物モノマーが、モノマーの第1タイプとして使用可能である。この種のモノマーは、1-ビニル−2−ピロリジノン、ビニルスルホン酸のナトリウム塩、および前述のエチレン性不飽和酸および誘導物のうちの少なくとも1つから成る組み合わせを含むが、これに限定されるものではない。 Depending on the desired characteristics, other ethylenically unsaturated acids and derivatives monomers with readily polymerizable groups can be used as the first type of monomer. Monomers of this type include, but are not limited to, combinations of 1-vinyl-2-pyrrolidinone, sodium salt of vinyl sulfonic acid, and at least one of the aforementioned ethylenically unsaturated acids and derivatives. It is not a thing.
一般に、モノマーの第一タイプは、重合前の全モノマー溶液の重量で約5%から50%、好ましくは約7%から25%、より好ましくは、10%から20%を占める。
更に、モノマーまたはモノマー群の第2タイプは一般に、重合時の架橋剤として提供される。そのようなモノマーの一般式は次の通りである。
In general, the first type of monomer comprises about 5% to 50%, preferably about 7% to 25%, more preferably 10% to 20% by weight of the total monomer solution before polymerization.
Furthermore, the second type of monomer or monomer group is generally provided as a crosslinking agent during polymerization. The general formula for such monomers is:
ここにおいて、i=1→n、およびN32、
R2,i、R3,i、およびR4,iは、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキン、芳香族化合物、ハロゲン、カルボン酸誘導体、硫酸塩および硝酸塩の群からそれぞれ独立して選択されるが、上記に限定されるわけではない。
Where i = 1 → n and N 3 2,
R2, i, R3, i, and R4, i are from the group of H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2-C6 alkyne, aromatic, halogen, carboxylic acid derivative, sulfate and nitrate Each is independently selected, but is not limited to the above.
R1は、N、NR5、NH、O、およびカルボン酸誘導体からなる群から選択可能であるが、これらに限定されるわけではなく、ここにおいて、R5は、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキンおよび芳香族化合物からなる群から選択可能である。 R1 can be selected from the group consisting of N, NR5, NH, O, and a carboxylic acid derivative, but is not limited thereto, wherein R5 is H, C, C2-C6 alkane, C2 -C6 alkene, C2-C6 alkyne and an aromatic compound can be selected.
上記の一般式(2)の一般に架橋剤としての使用に適切なモノマーは、メチレンビスアクリルアミド、エチレンビスアクリルアミド、任意の水溶性のN,N'-アルキリデン・ビス(エチレン性不飽和アミド)、そして、1,3,5−トリアクリロイルヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジンを含む。一般に、そのような架橋モノマーは、重合前の全モノマー溶液の重量で約0.01%から15%、好ましくは約0.5%から5%、より好ましくは、1%から3%を占める。 Monomers generally suitable for use as general crosslinkers of general formula (2) above are methylene bisacrylamide, ethylene bisacrylamide, any water-soluble N, N′-alkylidene bis (ethylenically unsaturated amide), and 1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine. In general, such crosslinking monomers comprise from about 0.01% to 15%, preferably from about 0.5% to 5%, more preferably from 1% to 3% by weight of the total monomer solution prior to polymerization.
補強要素の役割をする前記水溶性または水膨潤ポリマーは、ポリスルホン(アニオン性)、ポリ(ナトリウム−4−スチレンスルホナート)、カルボキシメチルセルロース、ポリスルホン(アニオン性)、ポリ(スチレンスルホン酸-co-マレイン酸)のナトリウム塩、コーンスターチ、他の任意の水溶性または水膨潤ポリマー、または前述のポリマーの少なくとも1つからなる組み合わせを有してもよい。補強要素の付加は、前記セパレータのイオン伝導度および機械的強度を向上させる。一般に、そのような水溶性または水膨潤ポリマーは、重合前の全モノマー溶液の重量で約0%から30%、好ましくは約1%から10%、より好ましくは、1%から4%を占める。 The water-soluble or water-swelling polymer that serves as a reinforcing element is polysulfone (anionic), poly (sodium-4-styrenesulfonate), carboxymethylcellulose, polysulfone (anionic), poly (styrenesulfonic acid-co-malein) Acid) sodium salt, corn starch, any other water-soluble or water-swelling polymer, or a combination of at least one of the aforementioned polymers. The addition of reinforcing elements improves the ionic conductivity and mechanical strength of the separator. In general, such water soluble or water swelled polymers comprise from about 0% to 30%, preferably from about 1% to 10%, more preferably from 1% to 4% by weight of the total monomer solution prior to polymerization.
また、過硫酸アンモニウム、アルカリ金属過硫酸塩および過酸化物、他の開始剤、または前述の開始剤の少なくとも1つからなる組み合わせなどの重合開始剤を含んでもよい。この種の開始剤は、一般に、重合前の溶液の約0%から3%までを占める。更に開始剤を、紫外線、X線、γ−放射線などを含む放射などの遊離基生成方法と組み合わせて使用してもよい。しかし、放射だけでも重合の開始のために十分に強力な場合、化学開始剤を添加する必要はない。適切な重合開始剤の具体的な例としては、1−フェニル−2−メチル−2−ヒドロキシプロパノン、過硫酸アンモニウム、4,4'−ジアジドスチルベン−2,2'−ジスルホン酸二ナトリウム塩、ホルムアルデヒドを伴うベンゼンジアゾニウム4−(フェニルアミノ)-硫酸(1:1)ポリマー、2−(2−(ビニルオキシ)エトキシ)−エタノール)を含むが、これらに限定されるわけではない。これらの開始剤は、活性を強化する、トリエタノールアミンなどの電荷移動化合物と組み合わせてもよい。 It may also contain a polymerization initiator such as ammonium persulfate, alkali metal persulfates and peroxides, other initiators, or a combination of at least one of the aforementioned initiators. This type of initiator generally accounts for about 0% to 3% of the solution before polymerization. In addition, initiators may be used in combination with free radical generation methods such as radiation including ultraviolet light, X-rays, gamma radiation and the like. However, if radiation alone is strong enough for initiation of polymerization, it is not necessary to add a chemical initiator. Specific examples of suitable polymerization initiators include 1-phenyl-2-methyl-2-hydroxypropanone, ammonium persulfate, 4,4′-diazidostilbene-2,2′-disulfonic acid disodium salt, Benzenediazonium 4- (phenylamino) -sulfuric acid (1: 1) polymer with formaldehyde, 2- (2- (vinyloxy) ethoxy) -ethanol), but is not limited thereto. These initiators may be combined with charge transfer compounds such as triethanolamine that enhance activity.
更に、酸性度またはアルカリ度モディファイヤーは、モノマー溶液を中和するために含むこともできる。たとえば、前記モノマー溶液が酸性の場合、KOHのようなアルカリ性溶液を溶液を中和するために添加してもよい。 In addition, an acidity or alkalinity modifier may be included to neutralize the monomer solution. For example, if the monomer solution is acidic, an alkaline solution such as KOH may be added to neutralize the solution.
重合は、室温から約130℃の範囲で一般に実行される。特定の実施例において、重合は加熱誘導され、ここにおいて、約75℃から約100℃の範囲の高温度が好まれる。状況に応じて、加熱と一緒に放射を使用して、重合を実行してもよい。あるいは、放射の強度に応じて、成分の温度を上げずに放射だけを使用して重合を実行することもできる。重合反応に役立つ放射タイプの例は、紫外線、γ線、X線、電子ビームまたはその組み合わせを含むが、これに限定されるものではない。 The polymerization is generally carried out in the range from room temperature to about 130 ° C. In certain embodiments, the polymerization is heat induced, where high temperatures ranging from about 75 ° C. to about 100 ° C. are preferred. Depending on the situation, the polymerization may be carried out using radiation together with heating. Alternatively, depending on the intensity of the radiation, the polymerization can be carried out using only radiation without increasing the temperature of the components. Examples of radiation types useful for the polymerization reaction include, but are not limited to, ultraviolet light, gamma rays, X-rays, electron beams, or combinations thereof.
特定の実施例において、水がモノマー溶液に添加される実質的に唯一の液状の種として使用可能である。前記水はマトリクス構造を作成するのに役立ち、硬化後のポリマーの体積を増やすためのスペースホルダーとして作用する。このように、前記ポリマーマトリクスの体積は、特定の水量によって定義することができる。通常、水は、前記ポリマーマトリスク材料の重量の約50%から90%、好ましくは約60%から80%、より好ましくは約62%から75%を占める。 In certain embodiments, water can be used as the substantially only liquid species that is added to the monomer solution. The water serves to create a matrix structure and acts as a space holder to increase the polymer volume after curing. Thus, the volume of the polymer matrix can be defined by a specific amount of water. Usually, water accounts for about 50% to 90%, preferably about 60% to 80%, more preferably about 62% to 75% of the weight of the polymeric matrix material.
前記ポリマーマトリクス膜または材料はそのままでエンドユーザに提供することもできるし、代わりに、前記水は、所望されるイオン種の適切な濃度の溶液によって置き換えることも可能である。前記の最初の水がポリマーマトリクス材料の体積を定義するので、交換する溶液特性(すなわち酸性度またはアルカリ度及び濃度)に応じて異なるが、最小限の腫張または縮小で所望のイオン種の適切な濃度の溶液と水を置き換えることができる。この事が好ましいのは、強度とイオン伝導性が、イオン液相の体積と屈曲度に大きく関連するからである。ポリマーの大幅な膨張は、最終材料の強度を低下させる可能性がある。しかし、前記材料が電解質のための十分な体積を提供できるまでに十分に膨張しなかった場合は、伝導性が低下する。通常、種置換の後のポリマーマトリクス材料の体積と種置換の前のポリマーマトリクス材料の体積との違いは約50%未満であるが、好ましくは約20%未満、より好ましくは、約5%未満である。前記溶液置換処理は、ディッピング、ソーキング、スプレイ−、イオン交換樹脂との接触の形で、または当業者に公知の他の技術で行うことができる。 The polymer matrix membrane or material can be provided to the end user as is, or alternatively, the water can be replaced by a solution of the appropriate concentration of the desired ionic species. Since the initial water defines the volume of the polymer matrix material, it depends on the solution properties to be exchanged (ie acidity or alkalinity and concentration), but is appropriate for the desired ionic species with minimal swelling or reduction. It is possible to replace water with a solution of a different concentration. This is preferred because strength and ionic conductivity are greatly related to the volume and flexure of the ionic liquid phase. Large expansion of the polymer can reduce the strength of the final material. However, if the material does not swell enough to provide sufficient volume for the electrolyte, the conductivity is reduced. Typically, the difference between the volume of the polymer matrix material after seed substitution and the volume of the polymer matrix material before seed substitution is less than about 50%, preferably less than about 20%, more preferably less than about 5%. It is. The solution replacement treatment can be performed in the form of dipping, soaking, spraying, contact with an ion exchange resin, or other techniques known to those skilled in the art.
重合物質を形成する1つの方法で、前記モノマー溶液、そして、任意で重合開始剤が、加熱、または紫外線、ガンマ線、X線、電子ビームの照射、またはその組み合わせによって重合される。前記イオン種が重合された溶液に含まれる場合、水酸化物イオン(または他のイオン)は重合の後も溶液中に留まる。更に、前記ポリマーマトリクスに所望する溶液を入れ替えまたは追加するには、その所望溶液に前記ポリマーマトリクスを浸すことによって前記ポリマーマトリクスに添加することができる。 In one method of forming a polymeric material, the monomer solution, and optionally a polymerization initiator, is polymerized by heating or irradiation with ultraviolet light, gamma rays, X-rays, electron beams, or combinations thereof. When the ionic species are included in the polymerized solution, hydroxide ions (or other ions) remain in solution after polymerization. Further, to replace or add a desired solution to the polymer matrix, it can be added to the polymer matrix by immersing the polymer matrix in the desired solution.
前記ポリマーマトリクス材料から形成されるポリマーマトリクス膜は、1つにサポート物質または基質を有することができ、それはナイロンのようなポリオレフィン、ポリビニルアルコール、セルロースまたはポリアミドなどの織布または不織布が好ましい。あるいは、基質/サポートは、アノード、荷電電極またはカソード(例示されなくて)であってもよい。 The polymer matrix membrane formed from the polymer matrix material can have a support material or substrate in one, which is preferably a polyolefin such as nylon, a woven or non-woven fabric such as polyvinyl alcohol, cellulose or polyamide. Alternatively, the substrate / support may be an anode, a charged electrode or a cathode (not illustrated).
ポリマーマトリクス膜を形成する他の方法では、選択された布をモノマー溶液(所望の溶液種入りまた無しで)に浸してもよく、前記溶液コートされた布は冷却され、また重合開始剤が任意に添加される。前記モノマー溶液は加熱によって、または紫外線、ガンマ線、X線、電子ビームの照射によって、またはその組み合わせによって重合することができ、それにより前記ポリマー材料が生成される。前記所望イオン種が重合された溶液に含まれる場合、そのイオン種は重合の後も溶液中に留まる。更に、前記ポリマー材料がイオン種を含まない場合は、たとえば、前記ポリマー材料をイオンの溶液に浸して添加してもよい。 In another method of forming a polymer matrix membrane, a selected fabric may be immersed in a monomer solution (with or without the desired solution species), the solution-coated fabric is cooled, and a polymerization initiator is optional. To be added. The monomer solution can be polymerized by heating or by irradiation with ultraviolet light, gamma rays, X-rays, electron beams, or a combination thereof, thereby producing the polymeric material. When the desired ionic species is included in the polymerized solution, the ionic species remain in solution after polymerization. Further, when the polymer material does not contain an ionic species, for example, the polymer material may be added by immersing it in an ion solution.
前記膜の厚さを制御するには、重合の前にモノマー溶液、または布にコートされたモノマー溶液を適切な型に入れてもよい。あるいは、前記モノマー溶液でコートされた布をガラスとポリエチレンテラフタラート(PET)フィルム)のような適切なフィルムの間に配置してもよい。前記フィルムの厚さは、様々であってもよく、特定の用途での効果に基づいて当業者にとっては明白なことである。特定の実施例において、例えば酸素を空気から隔離するために、前記膜またはセパレータは約0.1mmから約0.6mmの厚さを有してもよい。実際の伝導媒体がポリマーバックボーン内の水溶液中に留まるので、前記膜の伝導率は液体電解質のそれに匹敵するものであり、室温で、かなり高い。 In order to control the thickness of the film, the monomer solution or the monomer solution coated on the cloth may be placed in a suitable mold prior to polymerization. Alternatively, the fabric coated with the monomer solution may be placed between a suitable film such as glass and polyethylene terephthalate (PET) film). The thickness of the film may vary and will be apparent to those skilled in the art based on the effect in a particular application. In certain embodiments, the membrane or separator may have a thickness of about 0.1 mm to about 0.6 mm, for example to sequester oxygen from the air. Since the actual conducting medium remains in the aqueous solution within the polymer backbone, the conductivity of the membrane is comparable to that of the liquid electrolyte and is quite high at room temperature.
前記ポリマーマトリクス材料は、特に室温の場合に高伝導率を有するヒドロゲル物質の形であってもよい。前記材料は、明確なマクロ構造(すなわち形態または形)を有する。更に、前記ポリマーマトリクス材料の一部が例えば切断または除去されても、前記材料は、再結合することはなく、単に部分同士が接触することにより物理的に再結合せず、前記部分は個別のままである。これはゼラチン質材料(例えば、Carbopol(登録商標)ベースの材料)と対照的で、前記ゼラチン質材料は普通流体で独立したマクロ構造を有せず、複数の分離部分が再結合すると、見分けのつかない材料の塊になる。 The polymer matrix material may be in the form of a hydrogel material having high conductivity, especially at room temperature. The material has a well defined macrostructure (ie form or shape). Furthermore, even if a portion of the polymer matrix material is cut or removed, for example, the material does not recombine, simply does not physically recombine by contact between the parts, It remains. This is in contrast to gelatinous materials (eg, Carbopol®-based materials), which are usually fluid and do not have independent macrostructures and can be distinguished when multiple separations are recombined. It becomes a lump of material that is not connected.
通常、前記イオン伝導度は約0.1 S/cmより大きく、好ましくは、0.2 S/cmより大きく、より好ましくは、約0.4 S/cmより大きい伝導度である。その予想外に高いイオン伝導度(現在のことろ最高0.45 S/cmは、従来のシステムでは見ることができなかったのものであるが、本明細書で説明される電気化学セル中の前記ポリマーマトリクス膜を使用して達成されることに留意することが重要である。これは、1つには前記電解質が前記ポリマーマトリクス内で液相状態のままであるからである。前記ポリマーマトリクス膜はまた、樹枝状結晶金属による前記膜の貫通を防ぎ、特に充電式のセルの充電の間、陰性電極を樹枝状結晶形成から保護する。前記ポリマーマトリクス膜はさらに、電解液に金属酸化生成物が拡散するのを防ぐことによってセルの破壊も防ぐ。 Typically, the ionic conductivity is greater than about 0.1 S / cm, preferably greater than 0.2 S / cm, more preferably greater than about 0.4 S / cm. Its unexpectedly high ionic conductivity (currently up to 0.45 S / cm was not seen in conventional systems, but said polymer in the electrochemical cell described herein. It is important to note that this is achieved using a matrix membrane, in part because the electrolyte remains in a liquid phase within the polymer matrix. It also prevents penetration of the membrane by dendritic metal and protects the negative electrode from dendrite formation, especially during charging of rechargeable cells.The polymer matrix membrane further includes a metal oxidation product in the electrolyte. By preventing diffusion, cell destruction is also prevented.
例
本発明の好適な実施例は、実例として提供される以下の例によって、更に詳細に以下に記載されが、これによって限定されるものではない。反応に使用される反応物および試薬は、容易に入手可能な物質である。このような物質は、都合よく従来の準備手順に従って調製可能か、または市販源から入手可能である。
EXAMPLES Preferred embodiments of the present invention are described in more detail below by way of the following examples provided by way of illustration, but are not limited thereby. The reactants and reagents used in the reaction are readily available materials. Such materials are conveniently prepared according to conventional preparative procedures, or are available from commercial sources.
以下の手順は、本発明での使用のために、強いポリマー膜を製造するために使用される。3.5グラム(g)のメチレンビスアクリルアミド、5.3gのアクリルアミド、2.6gの1,3,5−トリアクリロイルヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン、42.9gのメタクリル酸、6.3gのポリ(ナトリウム4−スチレンスルホナート)、1.8gの1−フェニル−2−メチル−2−ヒドロキシプロパノンおよび7.0gのトリエタノールアミンが、224.6ミリリットルの水に溶かされて、それから56.1gの50%のKOHが結果として生じた溶液に添加された後、室温で維持された。布片が、結果として生じたモノマー溶液に浸され、次にガラス片およびPET透明フィルム片間に挟まれた。これは1分間のあいだ、強い紫外線下で照射され、これにより強力なポリマー膜が形成された。このフィルムは、それから24時間の間の45%のKOHに浸された。 The following procedure is used to produce a strong polymer membrane for use in the present invention. 3.5 grams (g) of methylenebisacrylamide, 5.3 g of acrylamide, 2.6 g of 1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine, 42.9 g of methacrylic acid, 6. 3 g of poly (sodium 4-styrenesulfonate), 1.8 g of 1-phenyl-2-methyl-2-hydroxypropanone and 7.0 g of triethanolamine were dissolved in 224.6 ml of water, Then 56.1 g of 50% KOH was added to the resulting solution and then kept at room temperature. A piece of fabric was immersed in the resulting monomer solution and then sandwiched between a piece of glass and a piece of PET transparent film. This was irradiated for 1 minute under intense UV light, thereby forming a strong polymer film. This film was then immersed in 45% KOH for 24 hours.
結果として生じたフィルムは水酸化物イオンの伝導度が非常に高く(0.45のS/cm)、アルカリ亜鉛/空気セルでの使用に適している。上記伝導度は、パリコバッテリーセパレータシステムモデル9100−2(Palico Battery Separator Test System Model 9100−2、ミネソタ州Circle Pines市のPalico Instrument Laboratoriesが販売)によって測定された。ここで、前記膜フィルムは、空気カソードおよび亜鉛アノードの間に挟まれ、空気および亜鉛を分離するが、その一方で、水酸化物イオンの拡散を可能にする。 The resulting film has very high hydroxide ion conductivity (0.45 S / cm) and is suitable for use in alkaline zinc / air cells. The conductivity was measured by Parico Battery Separator System Model 9100-2 (Palico Battery Separator Test System Model 9100-2, sold by Parico Instrument Laboratories, Circle Pines, Minnesota). Here, the membrane film is sandwiched between an air cathode and a zinc anode to separate air and zinc while allowing hydroxide ions to diffuse.
好適な実施例が例示され、説明されたが、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなしにさまざまな修正および代替の作成が可能である。したがって、上記の説明は、例示のためであり、これにより限定されるものではないことは理解されるべきである。 While the preferred embodiment has been illustrated and described, various modifications and alternatives can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is to be understood that the above description is illustrative and not restrictive.
本発明の他の多くの長所と特徴は、添付する図面を参照しながら次の実施例の詳細な説明を読むことにより明らかになる。ここにおいて
Claims (95)
水溶性で、エチレン性不飽和酸と酸の誘導物の群から選択される一つ以上のモノマーの重合生成物と、
架橋剤であって、一定量の水が重合に使用され、前記量は硬化時に定義済みの体積まで前記ポリマー材料が膨張するように選択される、前記架橋剤とを有する。 A polymer matrix material,
A polymerization product of one or more monomers that are water soluble and selected from the group of ethylenically unsaturated acids and acid derivatives;
A crosslinking agent, wherein a certain amount of water is used for the polymerization, said amount being selected such that upon curing the polymeric material expands to a defined volume.
R4は、NR5、NHR5、NH2、OH、H、ハロゲン化物、OR5、およびカルボン酸誘導体からなる群から選択され、ここにおいて、R5は、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキンおよび芳香族化合物からなる群から選択される。 The polymer matrix material of claim 1, wherein the water soluble ethylenically unsaturated acid and acid derivative have the general formula:
R4 is selected from the group consisting of NR5, NHR5, NH2, OH, H, halide, OR5, and a carboxylic acid derivative, wherein R5 is H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2 -C6 alkyne and selected from the group consisting of aromatic compounds.
R2,i、R3,i、およびR4,iは、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキン、芳香族化合物、ハロゲン、カルボン酸誘導体、硫酸塩および硝酸塩の群からそれぞれ独立して選択され、
R1は、N、NR5、NH、O、およびカルボン酸誘導体からなる群から選択され、ここにおいて、R5は、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキンおよび芳香族化合物からなる群から選択される。 The polymer matrix material of claim 1, wherein the general formula of the cross-linking agent is:
R2, i, R3, i, and R4, i are from the group of H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2-C6 alkyne, aromatic, halogen, carboxylic acid derivative, sulfate and nitrate Each selected independently,
R1 is selected from the group consisting of N, NR5, NH, O, and a carboxylic acid derivative, wherein R5 is H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2-C6 alkyne and aromatic compound Selected from the group consisting of
第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極及び前記第2電極とイオン伝導する電解質を有し、ここで前記電解質はポリマーマトリクス材料を有し、前記ポリマーマトリクス材料は水溶性でエチレン性不飽和酸と酸の誘導物の群から選択される一つ以上のモノマーの重合生成物と、架橋剤とを有し、ここで一定量の水が重合に使用され、前記量は硬化時の定義済みの体積まで前記ポリマー材料が膨張するように選択され、また前記ポリマーマトリクス材料中の水は所望される溶液と置換される。 An electrochemical cell,
A first electrode;
A second electrode;
An electrolyte ionically conducting with the first electrode and the second electrode, wherein the electrolyte comprises a polymer matrix material, the polymer matrix material being water soluble and a group of ethylenically unsaturated acid and acid derivatives A polymerization product of one or more monomers selected from: and a crosslinking agent, wherein a certain amount of water is used for the polymerization, said amount expanding the polymer material to a predefined volume upon curing The water in the polymer matrix material is replaced with the desired solution.
水溶性または水膨潤ポリマーと
化学重合開始剤を有する。 54. The electrochemical cell according to claim 53, wherein the polymer matrix material further comprises a water soluble or water swellable polymer and a chemical polymerization initiator.
R4は、NR5、NHR5、NH2、OH、H、ハロゲン化物、OR5、およびカルボン酸誘導体からなる群から選択され、ここにおいて、R5は、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキンおよび芳香族化合物からなる群から選択される。 54. The electrochemical cell of claim 53, wherein the water soluble ethylenically unsaturated acid and acid derivative have the general formula:
R4 is selected from the group consisting of NR5, NHR5, NH2, OH, H, halide, OR5, and a carboxylic acid derivative, wherein R5 is H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2 -C6 alkyne and selected from the group consisting of aromatic compounds.
重合前の全モノマー溶液の重量で約5%から50%を占める。 54. The electrochemical cell of claim 53, wherein the ethylenically unsaturated acid and derivative are
It accounts for about 5% to 50% by weight of the total monomer solution before polymerization.
重合前の全モノマー溶液の重量で約7%から25%を占める。 54. The electrochemical cell of claim 53, wherein the ethylenically unsaturated acid and derivative are
It accounts for about 7% to 25% by weight of the total monomer solution before polymerization.
重合前の全モノマー溶液の重量で約10%から20%を占める。 54. The electrochemical cell of claim 53, wherein the ethylenically unsaturated acid and derivative are
It accounts for about 10% to 20% by weight of the total monomer solution before polymerization.
R2,i、R3,i、およびR4,iは、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキン、芳香族化合物、ハロゲン、カルボン酸誘導体、硫酸塩および硝酸塩の群からそれぞれ独立して選択され、
R1は、N、NR5、NH、O、およびカルボン酸誘導体からなる群から選択され、ここにおいて、R5は、H、C、C2−C6アルカン、C2−C6アルケン、C2−C6アルキンおよび芳香族化合物からなる群から選択される。 54. The electrochemical cell of claim 53, wherein the cross-linking agent has the general formula:
R2, i, R3, i, and R4, i are from the group of H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2-C6 alkyne, aromatic, halogen, carboxylic acid derivative, sulfate and nitrate Each selected independently,
R1 is selected from the group consisting of N, NR5, NH, O, and a carboxylic acid derivative, wherein R5 is H, C, C2-C6 alkane, C2-C6 alkene, C2-C6 alkyne and aromatic compound Selected from the group consisting of
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