JP6643183B2 - 再充電可能な電池のための有機活物質 - Google Patents
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Description
下記の実施例は、本開示の電気化学セル100のものである。各実施例において、陽極半セル120は、炭酸プロピレン中において、1MのLiTFSIからなる溶解電解質124に接触している0.25mmのリチウム金属陽極122を含む。陰極半セル110は、カーボンペーパーから構成され、かつ架橋環有機分子:LiTFSI:H2Oを1:1:6のモル比で含有している50μLの組成物に接触している陰極集電体112を含む。実施例1〜4の架橋環有機分子は、それぞれ、ABNO、AZADO、Me−AZADO、及びnor−AZADOである。陰極半セル110及び陽極半セル120は、1mmの厚さのLATP系固体状態リチウムイオン伝導体(オハラガラス)によって隔てられている。各例の電気化学セルの放充電サイクルを、25℃及び0.05mA・cm−2の電流密度で測定した。実施例毎に、電気化学セル100を予め充電しておき、2.0〜4.5Vの電位範囲にわたって1回の放充電サイクルの測定を行った。
本明細書に開示される発明は以下の態様を含む。
[1]電解質;及び
前記電解質に接触している固体電極であって、かつアミノキシアニオン、ニトロキシドラジカル、及びオキソアンモニウムカチオンのいずれかとして存在しているニトロキシ部分を有している架橋環有機分子を含む有機活物質を含有している固体電極を含む、
電気化学半セル。
[2]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換の2−アザアダマンタン−N−オキシル(AZADO)である、上記[1]に記載の電気化学半セル。
[3]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換の2−アザノルアダマンタン−N−オキシル(nor−AZADO)である、上記[1]に記載の電気化学半セル。
[4]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換の9−アザビシクロ[3.3.1]ノナン−N−オキシル(ABNO)である、上記[1]に記載の電気化学半セル。
[5]フロー半セルであって、
集電体;及び
前記集電体と電気的な伝達をし合っている電解質組成物であって、かつアミノキシアニオン、ニトロキシドラジカル、及びオキソアンモニウムカチオンのいずれかとして存在しているニトロキシ部分を有している架橋環有機分子を含む流体有機活物質を含んでいる、電解質組成物
を含み、
前記フロー半セルの前記集電体が、その対になる半セルの集電体と電気的な伝達をし合うように設置されているときに、前記有機活物質が、その酸化還元状態がアミノキシアニオン、ニトロキシドラジカル、及びオキソアンモニウムカチオンを含む任意の酸化還元状態の間で可逆的に電気化学的還元/酸化を受けるかにかかわらず、流体である、
フロー半セル。
[6]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換のAZADOである、上記[5]に記載のフロー半セル。
[7]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換のnor−AZADOである、上記[5]に記載のフロー半セル。
[8]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換のABNOである、上記[5]に記載のフロー半セル。
[9]前記電解質組成物が、前記架橋環有機分子及びフルオロアルキルスルホニルアニオンを含む溶媒和イオン液体を、さらに含む、上記[5]に記載のフロー半セル。
[10]前記電解質組成物が、液体流動化剤をさらに含む、上記[9]に記載のフロー半セル。
[11]前記溶媒和イオン液体に対する前記液体流動化剤の体積分率が、約10%又はそれ未満である、上記[10]に記載のフロー半セル。
[12]前記液体流動化剤が、水を含む、上記[10]に記載のフロー半セル。
[13]電気化学セルであって、
陽極半セル;
陰極集電体及び電解質組成物を有している陰極半セル;並びに
前記陽極半セルと前記陰極半セルの間に配置された半透過性セパレーター
を含み、
前記電解質組成物が、フルオロアルキルスルホニル塩、及びニトロキシ部分を有している架橋環有機分子を含む溶媒和イオン液体を含む、
電気化学セル。
[14]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換のAZADOである、上記[13]に記載の電気化学セル。
[15]前記架橋環有機分子が、置換又は非置換のnor−AZADOである、上記[13]に記載の電気化学セル。
[16]前記フルオロアルキルスルホニル塩が、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(LiBETI)、リチウムトリフルオロメチルスルホネート、ナトリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(NaTFSI)、マグネシウムビス(ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)(Mg(TFSI) 2 )、及びそれらの混合物からなる群から選択される、上記[13]に記載の電気化学セル。
[17]前記電気化学セルがフローセルであり、かつ前記陽極半セルが、その酸化状態にかかわらず流体である陽極酸化還元活物質を有している陽極液を含む、上記[13]に記載の電気化学セル。
Claims (8)
- フロー半セルであって、
集電体;並びに
前記集電体と電気的な伝達をし合っている電解質組成物であって、
金属カチオン;
フルオロアルキルスルホニルアニオン;及び
置換又は非置換の2−アザノルアダマンタン−N−オキシル(nor−AZADO)からなる群から選択されている、ニトロキシ部分を有している架橋環有機分子;
からなる溶媒和イオン液体を含んでいる、電解質組成物
を含み、
前記溶媒和イオン液体は、前記架橋環有機分子の酸化還元状態にかかわらず流体であり;前記架橋環有機分子は、前記フロー半セルの前記集電体が、その対になる半セルの集電体と電気的な伝達をし合うように設置されているときに、アミノキシアニオン、ニトロキシドラジカル、及びオキソアンモニウムカチオンを含む任意の酸化還元状態の間で可逆的に電気化学的還元/酸化を受ける、
フロー半セル。 - 前記電解質組成物が、液体流動化剤をさらに含む、請求項1に記載のフロー半セル。
- 前記溶媒和イオン液体に対する前記液体流動化剤の体積分率が、約10%又はそれ未満である、請求項2に記載のフロー半セル。
- 前記液体流動化剤が、水を含む、請求項2に記載のフロー半セル。
- 電気化学セルであって、
陽極半セル;
陰極集電体及び電解質組成物を有している陰極半セルであって、
前記電解質組成物が、
金属カチオン;
フルオロアルキルスルホニルアニオン;及び
置換又は非置換の2−アザノルアダマンタン−N−オキシル(nor−AZADO)からなる群から選択されている、ニトロキシ部分を有している架橋環有機分子;
からなる溶媒和イオン液体を含んでいる、
陰極半セル;並びに
前記陽極半セルと前記陰極半セルの間に配置された半透過性セパレーター
を含む、
電気化学セル。 - 前記フルオロアルキルスルホニル塩が、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(LiBETI)、リチウムトリフルオロメチルスルホネート、ナトリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(NaTFSI)、マグネシウムビス(ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)(Mg(TFSI)2)、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項5に記載の電気化学セル。
- 前記電気化学セルがフローセルであり、かつ前記陽極半セルが、その酸化状態にかかわらず流体である陽極酸化還元活物質を有している陽極液を含む、請求項5に記載の電気化学セル。
- 前記電解質組成物が、本質的に前記溶媒和イオン液体からなる、請求項5に記載の電気化学セル。
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