JP2009067644A - 溶融塩組成物及びその利用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FSIをアニオンとし、アルカリ金属Mをカチオンとする溶融塩MFSIを、2種類以上含む溶融塩組成物によれば、従来の溶融塩に比べて、より低温で使用可能であるため、燃料電池、二次電池、キャパシタ等に利用価値が高い。
【選択図】図1
Description
本発明に係る溶融塩組成物は、上記化学式(1)で表される物質ビスフルオロスルフォニルイミド(FSI−)をアニオンとし、アルカリ金属Mをカチオンとする溶融塩MFSIを、2種類以上含む溶融塩組成物であればよく、本発明の目的の範囲内であれば、その他にどのような物質を含んでいてもよく、具体的な構成等は特に限定されるものではない。含まれるMFSIの形態(固体、液体)、量(割合)等については特に限定されるものではない。
溶融塩は電解液(電解質)として用いることにより、水溶液系では困難な電気化学的反応を起こすことが可能であり、様々な応用を目的として多種多様な研究開発が行われている。例えば、溶融塩には様々な融点を持つものがあるが、中温域に融点を持つ塩は中温〜高温作動型の電気化学デバイスの電解質としての応用に際して有利である。
(1−1)実験装置
本実施例で用いた化学薬品の多くは空気中の水分と容易に反応するため、脱水、脱酸素化したガス精製装置付きのアルゴン雰囲気のグローブボックス内で取り扱った。ボックス内の水分を管理するため、雰囲気ガス中に含まれる水分は常時露点計によってモニターされた。グローブボックス中には電子上皿天秤を設置し、試料の秤量が行えるようにした。
KFSI(第一工業製薬)、LiClO4 (Aldrich,純度99.99%)、NaClO4(Aldrich,純度98%)、Na2CO3(和光純薬,純度99.5%)、K2CO3(和光純薬,純度99.9%)、Rb2CO3 (和光純薬,純度99.9%)、CsCl(和光純薬,純度99%)、はそれぞれ市販のものを真空乾燥した後使用した。HClO4(Aldrich,70~72%水溶液)、Cs2CO3(Aldrich,純度99.9%)はそれぞれ市販のものをそのまま使用した。反応溶媒として用いたアセトニトリル(和光純薬,水分30ppm以下)、ジクロロメタン(和光純薬,水分30ppm以下)、ニトロメタン(和光純薬,純度96%以上)、テトラヒドロフラン(和光純薬,水分50ppm以下)、塩化チオニル(和光純薬,純度95%以上)エタノール(和光純薬,純度99%)も、市販のものをそのまま使用した。
MFSI(M=Li,Na)の合成は以下の反応式によって行った。
(2−1)単塩MFSIの熱的性質
図2に、MFSI単塩の融解温度及び熱分解温度、並びにMFSI二元系の溶融塩組成物の共晶温度を示す。なお、熱分解温度は、ベースラインと重量減少後のTG曲線との接点を取ることにより決定した。図2に示すように、カチオンのサイズと熱分解温度との相関は見出されなかった。MTFSIの単塩の場合は、一般的なイオン結晶の熱的安定性と同様に、カチオンのサイズと熱分解温度とは相関していたが、本件のMFSI単塩の場合は、大きいカチオンが大きいアニオンを安定化するという知見とは一致しないことがわかった。
(2−2−1)二元系状態図
溶融塩の融点の低温化を目指して、LiFSI−KFSI系、LiFSI−CsFSI系、NaFSI−KFSI系、NaFSI−CsFSI系、KFSI−CsFSI系の二元系混合塩について状態図を作成した。
本実施例では、低温〜中温域で用いられる電解液等としての応用が期待されるアルカリ金属をカチオンとするFSI系溶融塩に関する研究を行った。熱分析の結果、MFSI単塩の熱分解温度は、MTFSI単塩の場合と異なり、カチオンのサイズとの関係性は認められなかった。またMFSI単塩の融点は、LiFSIが最も高いことがわかった。
Claims (11)
- 上記溶融塩MFSIが、LiFSI、NaFSI、KFSI、RbFSI、及びCsFSIからなる群より選択されるものであることを特徴とする請求項1に記載の溶融塩組成物。
- 上記溶融塩組成物は、溶融塩MFSIを2種類混合した二元系の組成物であって、
LiFSI−NaFSI混合系,LiFSI−KFSI混合系,LiFSI−CsFSI混合系,NaFSI−KFSI混合系,NaFSI−CsFSI混合系,又はKFSI−CsFSI混合系であることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶融塩組成物。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶融塩組成物を含むことを特徴とする電解液。
- 請求項4に記載の電解液を含むことを特徴とする電池。
- 60℃以上130℃以下の温度範囲で用いられることを特徴とする請求項4に記載の電池。
- 上記電池は、リチウム電池、ナトリウム電池、又はゼブラ電池であることを特徴とする請求項6に記載の電池。
- 請求項5〜7のいずれか1項に記載の電池を用いて充電を行う工程を含むことを特徴とする充電方法。
- 請求項4に記載の電解液を用いて、金属またはセラミックスを析出させる工程を含むことを特徴とする電析方法。
- 請求項4に記載の電解液を用いて、金属またはセラミックスを析出させる工程と、
上記工程にて析出した金属またはセラミックスを用いて、物質の表面に被膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする被膜形成方法。 - 請求項4に記載の電解液を用いて、金属またはセラミックスを析出させる工程と、
上記工程にて析出した金属またはセラミックスを用いて、物質の表面を処理する工程と、を含むことを特徴とする表面処理方法。
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