KR20150093204A - Electolyte compositions and electrochemical double layer capacitors formed there from - Google Patents

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웨인 엘. 젤레트
벤자민 엘. 루퍼트
레비 제이. 어윈
린 비어
쉴파 에이. 월리카
스티븐 지. 쉬
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이시오닉 코포레이션
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Abstract

본 발명은 일반적으로 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물 및 다음과 같은 다양한 응용에서의 이들의 용도를 포함한다. 다른 응용 중에서도, 이에 제한되지는 않으나, 스태틱, 퍼머넌트 및 다이나믹 랜덤 액세스 메모리를 포함하는 메모리 장치와 같은 전자 장치에서의 전해질로서, 전지, 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC), 수퍼커패시터 또는 울트라커패시터, 전해 커패시터와 같은 에너지 저장 장치에서의 전해질로서, 염료 감응 태양 전지(DSSC)에서의 전해질로서, 연료 전지에서의 전해질로서, 열전달 매체로서의 사용을 포함한다. 특히, 본 발명은 일반적으로 포스포늄 이온성 액체, 염 및 조성물에 관한 것으로, 여기서 상기 조성물은 열역학 안정성, 낮은 휘발성, 넓은 액상선 범위, 이온 전도도, 및 전기화학적 안정성의 우수한 조합을 나타낸다. 본 발명은 그러한 포스포늄 이온성 액체, 염 및 조성물의 제조 방법, 및 이를 포함하는 작동 장치 및 시스템을 더 포함한다.The present invention generally includes phosphonium ionic liquids, salts, compositions and uses thereof in a variety of applications including: Among other applications, electrolytes in electronic devices, such as, but not limited to, memory devices including static, permanent and dynamic random access memories, include batteries, electrochemical double layer capacitors (EDLC), supercapacitors or ultra capacitors, electrolytic capacitors , As an electrolyte in a dye-sensitized solar cell (DSSC), as an electrolyte in a fuel cell, and as a heat transfer medium. In particular, the present invention relates generally to phosphonium ionic liquids, salts and compositions, wherein said compositions exhibit excellent combinations of thermodynamic stability, low volatility, broad liquid line range, ionic conductivity, and electrochemical stability. The present invention further comprises such phosphonium ionic liquids, salts and methods of making the compositions, and an operating device and system comprising the same.

Figure P1020157017819
Figure P1020157017819

Description

전해질 조성물 및 이로부터 형성된 전기화학적 이중층 커패시터 {Electolyte compositions and electrochemical double layer capacitors formed there from} [0001] Electrolyte compositions and electrochemical double layer capacitors formed therefrom [

본 발명은 일반적으로 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물에 기초한 전해질 조성물 및 많은 응용에서의 이들의 용도를 포함한다. 다른 응용 중에서도, 이에 한정되는 것은 아니나, 스태틱(static), 퍼머넌트(permanent) 및 다이나믹(dynamic) 랜덤 엑세스 메모리(random access memory)를 포함하는 메모리 장치와 같은 전자 장치에서의 전해질; 전지, 전기화학적 이중층 커패시터(electrochemical double layer capacitor: EDLC) 또는 수퍼커패시터 또는 울트라커패시터, 전해 커패시터와 같은 에너지 저장 장치에서의 전해질; 염료 감응 태양 전지(dye-sensitized solar cell: DSSC)에서의 전해질; 연료 전지에서의 전해질; 열전달 매체, 고온 반응 및/또는 추출 매체로서의 용도를 포함한다. 특히, 본 발명은 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물 및 구조적 특징을 갖는 분자에 관한 것으로, 상기 조성물은 열역학적 안정성, 낮은 휘발성, 넓은 액상선(liquidus) 범위 및 이온 전도도(ion conductivity) 중 적어도 2 이상의 바람직한 조합을 나타낸다. 본 발명은 이러한 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물 및 분자의 제조 방법 및 이를 포함하는 작동(operational) 장치 및 시스템을 더 포함한다.The present invention generally includes phosphonium ionic liquids, salts, electrolyte compositions based on compositions and their use in many applications. Other applications include, but are not limited to, electrolytes in electronic devices such as memory devices including static, permanent and dynamic random access memories; Electrolytes in batteries, electrochemical double layer capacitors (EDLC) or energy storage devices such as supercapacitors or ultracapacitors, electrolytic capacitors; An electrolyte in a dye-sensitized solar cell (DSSC); Electrolytes in fuel cells; Heat transfer media, high temperature reactions and / or as extraction media. In particular, the present invention relates to a molecule having phosphonium ionic liquids, salts, compositions and structural features, wherein the composition has at least two of the thermodynamic stability, low volatility, wide liquidus range and ionic conductivity, Or more. The present invention further comprises a process for preparing such phosphonium ionic liquids, salts, compositions and molecules, and an operational apparatus and system comprising the same.

이온성 액체는 부분적으로 이의 넓은 잠재적 용도 및 응용 때문에 상당히 주목을 끌었다. 용어 "이온성 액체"는 녹는점이 비교적 낮은(100℃ 이하) 염에 대하여 통상적으로 사용된다. 실온에서 액체인 염은 통상적으로 실온 이온성 액체로 지칭된다. 초기 연구자들은 디알킬이미다졸륨염계 이온성 액체를 사용하였다. 예를 들어, Wilkes 등은 전지를 생성하기 위한 시도로 디알킬이미다졸륨염계 이온성 액체를 알루미늄 금속 애노드 및 염소 캐소드와 함께 사용하는 것을 개발하였다(J. Wilkes, J. Levisky , R. Wilson, C. Hussey , Inorg . Chem , 21, 1263 (1982)).Ionic liquids have attracted considerable attention due in part to their wide potential applications and applications. The term "ionic liquid" is commonly used for salts having relatively low melting points (below 100 DEG C). Salts that are liquid at room temperature are commonly referred to as room temperature ionic liquids. Early researchers used dialkylimidazolium salt based ionic liquids. For example, Wilkes et al. Have attempted to use dialkylimidazolium salt based ionic liquids with aluminum metal anodes and chlorine cathodes in an attempt to generate batteries ( J. Wilkes, J. Levisky , R. Wilson, C. Hussey , Inorg . Chem . , 21, 1263 (1982) ).

가장 광범위하게 연구되고 통상적으로 사용되는 이온성 액체 중 몇몇은 피리디늄염계이며, N-알킬피리디늄 및 N,N'-디알킬이미다졸륨피리디늄은 상당히 많이 사용된다. N-알킬-피리디늄 및 N,N'-디알킬이미다졸륨을 포함하는 피리디늄계 이온성 액체 및 질소계 이온성 이온성 액체는 일반적으로 300℃ 또는 그 미만까지 제한된 열역학적 안정성을 가지며, 쉽게 증류가능하고, 200℃보다 상당히 낮은 온도에서 측정가능한 증기압을 가지는 경향이 있다. 이러한 특성은 이들의 유용성 뿐만 아니라 응용을 제한한다. 예를 들어, 이러한 이온성 액체는 후공정(back end of line: BEOL) 열 가공 동안 분해되기 쉽다. 추가적으로, 이러한 이온성 액체는 종종 상기 이온성 액체를 300℃를 초과하는 온도까지 연속 열 사이클링하는 기타 열전달 가공 단계 동안 또한 분해될 수 있다.Some of the most extensively studied and commonly used ionic liquids are the pyridinium salts, and N-alkylpyridinium and N, N'-dialkylimidazolium pyridiniums are used heavily. Pyridinium-based ionic liquids including N-alkyl-pyridinium and N, N'-dialkylimidazoliums and nitrogen-based ionic ionic liquids have a limited thermodynamic stability to 300 ° C or less generally, Distillable and tends to have a measurable vapor pressure at temperatures significantly below 200 ° C. These properties limit their utility as well as their application. For example, such ionic liquids are susceptible to degradation during back end of line (BEOL) thermal processing. Additionally, such ionic liquids may also be decomposed during other heat transfer processing steps, which continuously heat cyclize the ionic liquid to temperatures in excess of < RTI ID = 0.0 > 300 C. < / RTI >

이온성 액체의 다양한 성질이 계속 연구되고, 이온성 액체의 추가적인 용도가 고려되었다. 예를 들어, 전기화학적 방법 및 응용은 다양한 장치 및 응용에서 전도도를 향상시키기 위한 전해질을 필요로 한다. 최근 종래의 용매계 전해질에 대한 가능한 대안으로서 실온 이온성 액체 분야에 대하여 연구가 수행되었다. Various properties of ionic liquids have been studied and additional applications of ionic liquids have been considered. For example, electrochemical methods and applications require electrolytes to improve conductivity in a variety of devices and applications. As a possible alternative to the conventional solvent-based electrolytes, researches have been conducted in the field of room temperature ionic liquids.

개발이 계속 이루어졌으나, 이온성 액체, 염 및 전해질 조성물의 신규 개발에 대한 계속적인 요구, 및 전기화학적 이중층 커패시터, 리튬 금속 및 리튬 이온 전지, 연료 전지, 염료 감응 태양 전지 및 분자 메모리 장치에서의 사용을 위한 상기 전해질이 사용될 수 있는 재료 및 용도에 대한 계속적인 요구가 남아 있음은 명백하다.Continued development, but continued demand for new developments of ionic liquids, salts and electrolyte compositions and use in electrochemical bi-layer capacitors, lithium metal and lithium ion cells, fuel cells, dye-sensitized solar cells and molecular memory devices It is clear that there is a continuing need for materials and uses in which the electrolyte can be used.

본 발명은 광범위하게는 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물 및 많은 응용에서의 이들의 용도를 포함한다. 다른 응용 중에서도, 이에 한정되는 것은 아니나, 스태틱, 퍼머넌트 및 다이나믹 랜덤 엑세스 메모리를 포함하는 메모리 장치와 같은 전자 장치에서의 전해질; 전지, 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC) 또는 수퍼커패시터 또는 울트라커패시터, 전해 커패시터와 같은 에너지 저장 장치에서의 전해질; 염료 감응 태양 전지(DSSC)에서의 전해질; 연료 전지에서의 전해질; 열전달 매체, 고온 반응 및/또는 추출 매체로서의 사용을 포함한다. 특히, 본 발명은 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물 및 구조적 특징을 갖는 분자에 관한 것으로, 상기 조성물은 열역학적 안정성, 낮은 휘발성, 넓은 액상선 범위 및 이온 전도도 중 적어도 2 이상의 바람직한 조합을 나타낸다. The present invention broadly includes phosphonium ionic liquids, salts, compositions and their use in many applications. Other applications include, but are not limited to, electrolytes in electronic devices such as memory devices including static, permanent and dynamic random access memories; Electrolytes in batteries, electrochemical double layer capacitors (EDLC) or energy storage devices such as supercapacitors or ultracapacitors, electrolytic capacitors; An electrolyte in a dye-sensitized solar cell (DSSC); Electrolytes in fuel cells; Heat transfer media, high temperature reactions and / or use as extraction media. In particular, the present invention relates to phosphonium ionic liquids, salts, compositions and molecules having structural characteristics, wherein said composition exhibits a desirable combination of at least two of thermodynamic stability, low volatility, broad liquid line range and ionic conductivity.

일 측면에 있어서, 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온;을 포함하는 이온성 액체 조성물이 제공된다:In one aspect, a phosphonium cation of one or more of the following general formulas: And at least one anion; wherein the ionic liquid composition comprises:

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 선택적으로 그리고 각각 독립적으로 치환기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, 2 내지 14개의 탄소 원자로 구성된 상이한 알킬기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 지방족, 헤테로사이클릭 모이어티이다. 대안적으로, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 방향족, 헤테로사이클릭 모이어티이다. 다른 구현예들에 있어서, R1 및 R2는 동일하고, 테트라메틸렌 포스폴란(phospholane), 펜타메틸렌 포스포리난(phosphorinane), 테트라메티닐 포스폴(phosphole), 포스폴란 또는 포스포리난으로 구성된다. 다른 구현예에 있어서, R2, R3 및 R4은 동일하고, 포스폴란, 포스포리난 또는 포스폴로 구성된다.Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are optionally and independently of each other a substituent. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a different alkyl group consisting of 2 to 14 carbon atoms. In some embodiments, at least one of R 1 , R 2 , R 3, and R 4 is an aliphatic, heterocyclic moiety. Alternatively, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is an aromatic, heterocyclic moiety. In other embodiments, R 1 and R 2 are the same and are composed of tetramethylene phospholane, pentamethylene phosphorinane, tetramethynyl phosphole, phospholane, or phospholane. do. In other embodiments, R 2 , R 3, and R 4 are the same and consist of a phospholane, a phospholane, or a phosphole.

다른 구현예에 있어서, 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 포함하는 이온성 액체 조성물이 제공되고, 상기 이온성 액체 조성물은 375℃초과의 열역학적 안정성, 400℃ 초과의 액상선 범위 및 실온에서 10 mS/cm 이하의 이온 전도도를 나타낸다. In another embodiment, there is provided an ionic liquid composition comprising at least one phosphonium cation and at least one anion, wherein the ionic liquid composition has a thermodynamic stability of greater than 375 DEG C, a liquidus line range of greater than 400 DEG C, And an ionic conductivity of 10 mS / cm or less.

다른 측면에 있어서, 본 발명은 적절한 음이온과 함께 포스포늄계 양이온으로 구성된 전해질 조성물을 포함한다. 몇몇 구현예들에 있어서, 용어 "전해질" 또는 "전해액" 또는 "전해질 조성물" 또는 "이온성 전해질" 또는 "이온 전도성 전해질" 또는 "이온 전도성 조성물" 또는 "이온성 조성물"이 사용되는데, 이는 본 명세서에서 다음 중 하나 이상으로 정의된다: (a) 이온성 액체, (b) 실온 이온성 액체, (c) 하나 이상의 용매에 용해된 하나 이상의 염 및 (d) 적어도 하나의 폴리머와 함께 적어도 하나의 용매 중에 용해되어 겔 전해질을 형성하는 하나 이상의 염. 추가적으로, 상기 하나 이상의 염은 다음을 포함하는 것으로 정의된다: (a) 100℃ 이하의 온도에서 고체인 하나 이상의 염 및 (b) 100℃ 이하의 온도에서 액체인 하나 이상의 염.In another aspect, the present invention includes an electrolyte composition comprised of a phosphonium-based cation with an appropriate anion. In some embodiments, the terms "electrolyte" or "electrolyte" or "electrolyte composition" or "ionic electrolyte" or "ionic conductive electrolyte" or "ionic conductive composition" or "ionic composition" Is defined as one or more of the following in the specification: (a) an ionic liquid, (b) a room temperature ionic liquid, (c) at least one salt dissolved in at least one solvent, and (d) at least one One or more salts which are dissolved in a solvent to form a gel electrolyte. In addition, the at least one salt is defined as comprising: (a) one or more salts that are solid at a temperature of less than or equal to 100 占 폚; and (b) one or more salts that are liquid at a temperature of less than or equal to 100 占 폚.

다른 구현예에 있어서, 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성되고, 상기 하나 이상의 염이 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온을 포함하는 전해질 조성물이 제공된다:In another embodiment, the at least one salt is composed of at least one salt dissolved in a solvent, wherein the at least one salt is a phosphonium cation of the general formula: And an electrolyte composition comprising at least one anion are provided:

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기, 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나, 후술하는 바와 같은 알킬기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, 1 내지 6개의 탄소 원자, 더욱 일반적으로 1 내지 4개의 탄소 원자로 구성된 알킬기이다. 상기 하나 이상의 염은 모두 100℃ 이하의 온도에서 액체 또는 고체일 수 있다. 몇몇 구현예들에 있어서, 염은 하나의 양이온 및 하나의 음이온 쌍(pair)으로 구성된다. 다른 구현예들에 있어서, 염은 하나의 양이온 및 다수의(multiple) 음이온으로 구성된다. 다른 구현예들에 있어서, 염은 하나의 음이온 및 다수의 양이온으로 구성된다. 추가적인 구현예들에 있어서, 염은 다수의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된다.Here, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a substituent, for example, but not limited to, an alkyl group as described later. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group comprised of 1 to 6 carbon atoms, more typically 1 to 4 carbon atoms. The one or more salts may all be liquid or solid at a temperature of less than or equal to 100 < 0 > C. In some embodiments, the salt is composed of one cation and one anion pair. In other embodiments, the salt consists of one cation and multiple anions. In other embodiments, the salt consists of one anion and a plurality of cations. In further embodiments, the salt is comprised of a plurality of cations and a plurality of anions.

다른 구현예에 있어서, 상기 전해질 조성물은 하나 이상의 통상적인 비포스포늄 염을 더 포함한다. 몇몇 구현예들에 있어서, 상기 전해질 조성물은 통상적인 염으로 구성될 수 있고, 본 명세서에 개시된 상기 포스포늄계 이온성 액체 또는 염은 첨가제이다. 몇몇 구현예들에 있어서, 전해질 조성물은 포스포늄계 이온성 액체 또는 염 및 하나 이상의 통상적인 염으로 구성되고, 이들은 1:100 내지 1:1 범위의 포스포늄계 이온성 액체 또는 염: 통상적인 염의 몰(또는 몰의)비로 존재한다. 통상적인 염의 예들은, CH3CH2)4N+, (CH3CH2)3(CH3)N+, (CH3CH2)2(CH3)2N+, (CH3CH2)(CH3)3N+, (CH3)4N+과 같은 테트라알킬암모늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 피리디늄, 피라지늄, 피리미디늄, 피리다지늄, 피롤리디늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 양이온; 및 ClO4 -, BF4 -, CF3SO3 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, (CF3SO2)2N-, (CF3CF2SO2)2N-, (CF3SO2)3C-로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 음이온;으로 구성된 염을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 구현예들에 있어서, 하나 이상의 통상적인 염은, 하기를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다: 테트라에틸암모늄 테트라플루오르보레이트 (TEABF4), 트리에틸메틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TEMABF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(EMIBF4), 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 테트라플루오로보레이트(EMPBF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(EMIIm), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트(EMIPF6). 몇몇 구현예들에 있어서, 상기 하나 이상의 통상적인 염은, 이에 한정되는 것은 아니나, 하기를 포함하는 리튬계 염이다: 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 헥사플루오로아세네이트(LiAsF6), 리튬 트리플루오로메탄술포네이트 또는 리튬 트리플레이트 (LiCF3SO3), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(Li(CF3SO2)2N 또는 LiIm) 및 리튬 비스(펜타플루오로메탄술포닐)이미드(Li(CF3CF2SO2)2N 또는 LiBETI).In another embodiment, the electrolyte composition further comprises at least one conventional non-phosphonium salt. In some embodiments, the electrolyte composition can be composed of conventional salts, and the phosphonium ionic liquids or salts disclosed herein are additives. In some embodiments, the electrolyte composition is comprised of a phosphonium ionic liquid or salt and one or more conventional salts, which are in the range of 1: 100 to 1: 1 phosphonium ionic liquid or salt: Mol (or molar) ratio. Conventional salts Examples include, CH 3 CH 2) 4 N +, (CH 3 CH 2) 3 (CH 3) N +, (CH 3 CH 2) 2 (CH 3) 2 N +, (CH 3 CH 2) (CH 3 ) 3 N + , (CH 3 ) 4 N + from the group consisting of tetraalkylammonium, imidazolium, pyrazolium, pyridinium, pyranidinium, pyrimidinium, pyridazinium, pyrrolidinium At least one cation selected; And ClO 4 -, BF 4 -, CF 3 SO 3 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 - 2 N, (CF 3 CF 2 SO 2) - -, (CF 3 SO 2) 2 N, ( CF 3 SO 2 ) 3 C - , and the like. In some embodiments, one or more conventional salts include, but are not limited to, tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), 1- Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate (EMPBF 4 ) Romero tansul sulfonyl) imide (EMIIm), phosphate (EMIPF 6) 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluoro. In some embodiments, the at least one conventional salt is a lithium-based salt including, but not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) Lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate or lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2) 2 N or LiIm) and lithium bis (pentafluoroethyl methanesulfonyl) imide (Li (CF3CF 2 SO 2) 2 N or LiBETI).

본 발명의 추가적인 측면들은, 양극; 음극; 상기 양극과 상기 음극 사이의 세퍼레이터; 및 전해질;을 포함하는 전지를 제공한다. 상기 전해질은 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성되고; 상기 하나 이상의 이온성 액체 조성물 또는 염은 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 포함한다:Additional aspects of the present invention include a positive electrode; cathode; A separator between the anode and the cathode; And an electrolyte. The electrolyte being comprised of an ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent; Wherein the at least one ionic liquid composition or salt comprises at least one phosphonium cation and at least one anion of the following general formula:

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이다. 일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 이온성 액체로 구성되고, 상기 이온성 액체 조성물은 375℃까지 열역학적 안정성, 400℃ 초과의 액상선 범위, 및 실온에서 적어도 1 mS/cm, 또는 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 다른 구현예들에 있어서, 상기 전해질은 용매 중에 용해된 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 하나 이상의 염으로 구성되고, 상기 전해질 조성물은 실온에서 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm, 또는 적어도 15 mS/cm, 또는 적어도 20 mS/cm, 또는 적어도 30 mS/cm, 또는 적어도 40 mS/cm, 또는 적어도 50 mS/cm, 또는 적어도 60 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 추가적인 일 측면에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 통상적인 전해질과 비교할 때 인화성(flammability)을 감소시키고, 이에 따라, 전지 작동의 안전성을 향상시킨다. 추가적인 일 측면에 있어서, 상기 포스포늄 이온성 액체 또는 염은 고체 전해질 계면상(soild electrolyte interphase: SEI)층 또는 전극 보호층의 형성을 용이하게 하기 위한 첨가제로서 사용될 수 있다. 상기 SEI층은 전기화학적 안정성 범위를 넓힐 수 있고, 전지 열화 또는 분해 반응을 억제할 수 있고, 이에 따라 전지 사이클 수명을 향상시킬 수 있다.Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent. In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid having at least one phosphonium-based cation and at least one anion, the ionic liquid composition having a thermodynamic stability to 375 DEG C, a liquidus line range of greater than 400 DEG C, At least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm. In other embodiments, the electrolyte is comprised of at least one phosphonium cation dissolved in a solvent and at least one salt having at least one anion, wherein the electrolyte composition has a conductivity of at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm. In a further aspect, the phosphonium electrolyte reduces flammability as compared to conventional electrolytes, thereby improving the safety of battery operation. In a further aspect, the phosphonium ionic liquid or salt may be used as an additive to facilitate the formation of a soild electrolyte interphase (SEI) layer or electrode protection layer. The SEI layer can broaden the electrochemical stability range, inhibit the deterioration or decomposition reaction of the battery, and thereby improve the battery cycle life.

본 발명의 추가적인 구현예들은, 양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이에 세퍼레이터; 및 전해질;을 포함하는 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)를 제공한다. 상기 전해질은 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 포함하는 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성된다:Further embodiments of the present invention include a positive electrode; cathode; A separator between the anode and the cathode; And an electrolyte; and an electrochemical double layer capacitor (EDLC). The electrolyte comprises an ionic liquid composition comprising at least one phosphonium cation and at least one anion of the following general formula or at least one salt dissolved in a solvent:

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이다. 일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 이온성 액체로 구성되고, 상기 이온성 액체 조성물 또는 염은 375℃까지 열역학적 안정성, 400℃ 초과의 액상선 범위, 및 실온에서 적어도 1 mS/cm, 또는 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 다른 구현예들에 있어서, 상기 전해질은 용매 중에 용해된 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 하나 이상의 염으로 구성되고, 상기 전해질 조성물은 실온에서 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm, 또는 적어도 15 mS/cm, 또는 적어도 20 mS/cm, 또는 적어도 30 mS/cm, 또는 적어도 40 mS/cm, 또는 적어도 50 mS/cm, 또는 적어도 60 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 추가적인 일 측면에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 통상적인 전해질과 비교할 때 인화성을 감소시키고, 이에 따라, EDLC 작동의 안전성을 향상시킨다. 추가적인 일 측면에 있어서, 상기 포스포늄 이온성 액체 또는 염은 고체 전해질 계면(SEI)층 또는 전극 보호층의 형성을 용이하게 하기 위한 첨가제로서 사용될 수 있다. 임의의 특정 이론에 의해 제한하려는 것은 아니나, 본 발명자들은 상기 보호층이 전기화학적 안정성 범위를 넓힐 수 있고, EDLC 열화 또는 분해 반응을 억제할 수 있고, 이에 따라 EDLC 사이클 수명을 향상시킬 수 있다고 믿는다.Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent. In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid having at least one phosphonium-based cation and at least one anion, wherein the ionic liquid composition or salt has a thermodynamic stability to 375 DEG C, a liquidus line range of greater than 400 DEG C, And at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In other embodiments, the electrolyte is comprised of at least one phosphonium cation dissolved in a solvent and at least one salt having at least one anion, wherein the electrolyte composition has a conductivity of at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm. In a further aspect, the phosphonium electrolyte reduces flammability compared to conventional electrolytes and thus improves the safety of EDLC operation. In a further aspect, the phosphonium ionic liquid or salt may be used as an additive to facilitate formation of a solid electrolyte interface (SEI) layer or electrode protection layer. Without wishing to be bound by any particular theory, the inventors believe that the protective layer can broaden the electrochemical stability range, inhibit the EDLC deterioration or decomposition reaction, and thereby improve the EDLC cycle life.

본 발명의 구현예들은 추가적으로 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 포함하는, 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염을 포함하는 열전달 매체를 제공하며, 상기 열전달 매체는 375℃ 초과의 온도에서 열역학적 안정성, 400℃ 초과의 액상선 범위를 나타낸다.Embodiments of the present invention further provide a heat transfer medium comprising an ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent, wherein the heat transfer medium comprises at least one phosphonium cation and at least one anion, Thermodynamic stability at temperature, liquid-line range exceeding 400 ° C.

상기 포스포늄 이온성 액체 조성물 및 염은 다양한 하이브리드 전자 장치를 형성하는데 유용하다. 예를 들어, 일 구현예에 있어서, 제1 전극; 제2전극; 및 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온을 포함하는, 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성된 전해질;을 포함하는 장치가 제공된다:The phosphonium ionic liquid compositions and salts are useful in forming a variety of hybrid electronic devices. For example, in one embodiment, a first electrode; A second electrode; And one or more phosphonium cations of the formula: And an electrolyte composed of an ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent comprising at least one anion,

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이다. 여기서, 상기 전해질은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나에 전기적으로 커플링된다. 몇몇 구현예들에 있어서, 상기 제1 전극은 산화환원 활성 분자(redox active molecule: ReAM)로 구성된다.Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent. Here, the electrolyte is electrically coupled to at least one of the first electrode and the second electrode. In some embodiments, the first electrode is comprised of a redox active molecule (ReAM).

다른 구현예에 있어서, 전기적 정전용량(capacitance)을 제공하도록 구성된 작업 전극 및 상대 전극; 및 하나 이상의 상기 일반식의 포스포늄계 양이온을 포함하는 이온 전도성 조성물을 포함하고, 상기 이온 전도성 조성물이 적어도 상기 작업 전극 및 상대 전극에 전기적으로 커플링된 분자 저장 장치가 제공된다.In another embodiment, a working electrode and a counter electrode configured to provide an electrical capacitance; And an ion conductive composition comprising at least one phosphonium cation of the above general formula, wherein the ion conductive composition is at least electrically coupled to the working electrode and the counter electrode.

다른 구현예에 있어서, 본 발명은 스위칭 장치, 상기 스위칭 장치에 커플링된 비트 라인(bit line) 및 워드 라인(word line) 및 상기 스위칭 장치를 통해 접속가능한(accessible) 분자 저장 장치를 포함하는 분자 메모리 소자를 포함한다. 상기 분자 저장 장치는 2개 이상의 이산 상태(discrete)에 배치될 수 있는데, 여기서 상기 분자 저장 장치는 비트 라인 및 워드 라인에 인가된 신호에 의한 이산 상태 중 하나에 배치될 수 있다. 상기 분자 저장 장치는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 포스포늄계 양이온 및 적절한 음이온의 전해질을 포함한다. In another embodiment, the present invention provides a device comprising a switching device, a molecule comprising a bit line coupled to the switching device and a word line (word line) and a molecular storage device accessible via the switching device. Memory device. The molecular storage device may be disposed in two or more discrete, wherein the molecular storage device may be placed in one of the bit lines and the discrete state by a signal applied to the word line. The molecular reservoir includes a first electrode, a second electrode, and an electrolyte of a phosphonium-based cation and a suitable anion between the first electrode and the second electrode.

다른 구현예는 복수의 분자 저장 소자를 포함하는 분자 메모리 어레이를 포함하고, 이때 각각의 분자 저장 소자는 2개 이상의 이산 상태에 배치될 수 있다. 각각의 분자 저장 소자가 적어도 하나의 비트 라인 및 적어도 하나의 워드 라인에 커플링되고, 이에 의해 어드레스 지정 가능될 수 있도록 복수의 비트 라인 및 워드 라인이 복수의 분자 저장 소자에 커플링된다.Another embodiment includes a molecular memory array comprising a plurality of molecular storage elements, wherein each molecular storage element can be placed in two or more discrete states. Each of the molecular storage elements is coupled to at least one bit line and at least one word line, and a plurality of bit lines and word lines are coupled to the plurality of molecular storage elements so as to be addressable.

본 발명의 다른 측면들, 구현예들 및 이점들은 본 발명의 상세한 설명, 하기 제공된 청구항 및 첨부된 도면을 고려하면 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)의 단면도이다.
도 2A 및 2B는 본 발명의 일 구현예에 따른 바이폴라 전극의 단면도 및 EDLC의 멀티셀 스택 구조의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 구현예에 따른 포스포늄 이온성 액체를 형성하는 하나의 반응식을 도시한다.
도 4는 본 발명의 포스포늄 이온성 액체의 다른 구현예들을 형성하는 다른 반응식을 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 구현예들에 따른 포스포늄 이온성 액체를 형성하는 다른 반응식을 도시한다.
도 6은 본 발명의 추가적인 구현예들에 따른 포스포늄 이온성 액체를 형성하는 다른 반응식을 도시한다.
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예에 대하여 수행된 열중량 분석(thermogravimetric analysis: TGA) 그래프이다.
도 8a는 실시예 2에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예에 대한 반응식을 도시하며, 도 8b 및 8c는 각각 열중량 분석 (TGA) 및 생성 기체 분석(evolved gas analysis: EGA) 그래프를 도시한다.
도 9a 및 9b는 각각 실시예 3에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예에 대한 열중량 분석(TGA) 및 생성 기체 분석(EGA)를 도시하는 그래프이다.
도 10a는 도 4 및 실시예 4에 기술된 바와 같이 제조된 포스포늄 이온성 액체 의 예시적인 구현예들의 반응식을 도시하고, 도 10b는 1H NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 11a는 실시예 5에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예들의 반응식이고, 도 11b는 열중량 분석(TGA) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 12는 실시예 6에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예들에 대한 열중량 분석(TGA) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 실시예 7에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예들에 대한 열중량 분석(TGA) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 14a는 실시예 8에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예들의 반응식을 도시하고, 도 14b는 열중량 분석(TGA) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 15a 및 15b는 각각 실시예 9에서 기술된 바와 같이 제조된 포스포늄 염의 예시적인 구현예들에 대한 1H 및 31P NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 16은 실시예 9에 따라 제조된 포스포늄 염의 예시적인 구현예들에 대한 열중량 분석(TGA) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 17a 및 17b는 각각 실시예 10에서 기술된 바와 같이 제조된 포스포늄 염의 예시적인 구현예들에 대한 1H 및 31P NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 18은 실시예 10에 따라 제조된 포스포늄 염의 예시적인 구현예들에 대한 열중량 분석(TGA) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 19a 및 도 19b는 각각 실시예 11에서 기술된 바와 같이 제조된 포스포늄 염의 예시적인 구현예에 대한 1H 및 31P NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 20은 실시예 11에 따라 제조된 포스포늄 염의 예시적인 구현예들에 대한 열중량 분석(TGA) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 21a 및 21b는 실시예 12에 따라 제조된 포스포늄 이온성 액체의 예시적인 구현예들에 대한 시차 주사 열량(DSC) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 22는 실시예 14에서 기술된 바와 같은 아세토니트릴(ACN) 중 포스포늄 염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3에 대한 이온 전도도를 ACN/염 부피비의 함수로서 도시한다.
도 23은 실시예 15에서 기술된 바와 같은 프로필렌 카보네이트(PC) 중 포스포늄 염(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3에 대한 이온 전도도를 PC/염 부피비의 함수로서 도시한다.
도 24는 실시예 42 내지 45에서 기술된 바와 같은 프로필렌 카보네이트 중의 암모늄염과 비교하여 포스포늄 염에 대한 이온 전도도를 몰농도의 함수로서 도시한다.
도 25는 실시예 46에서 기술된 바와 같은 아세토니트릴, 1.0 M 암모늄 염을 갖는 아세토니트릴, 및 1.0 M 포스포늄 염을 갖는 아세토니트릴의 증기압을 온도의 함수로서 도시한다.
도 26은 실시예 51에서 기술된 바와 같이 -30 내지 60℃의 다양한 온도에서 EC:DEC 1:1 중 1.0 M LiPF6의 이온 전도도에 대한 포스포늄 염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3의 영향을 보여준다.
도 27은 실시예 52에서 기술된 바와 같이 20 내지 90℃의 다양한 온도에서 EC:DEC 1:1 중 1.0 M LiPF6의 이온 전도도에 대한 포스포늄 염(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3의 영향을 보여준다.
도 28은 실시예 53에서 기술된 바와 같은 본 발명의 일 구현예에 따른 EDLC 코인 셀의 단면도이다.
도 29는 실시예 53에서 기술된 바와 같은 프로필렌 카보네이트 중의 1.0 M 포스포늄 염 - (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3을 갖는 코인 셀에 대한 충전-방전 곡선을 보여준다.
도 30a는 실시예 54 내지 57에서 기술된 바와 같은 본 발명의 일 구현예에 따른 EDLC 파우치 셀의 단면도이다.
도 30b는 실시예 54 내지 57에서 기술된 바와 같은 본 발명의 일 구현예에 따른 EDLC 파우치 셀의 제조 공정을 설명한다.
도 31a는 실시예 54 내지 57에서 기술된 바와 같은 프로필렌 카보네이트 중의 1.0 M 포스포늄 염 - (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3을 갖는 파우치 셀에 대한 충전-방전 곡선을 보여준다.
도 31b는 실시예 54 내지 57에서 기술된 바와 같은 은 기준 전극으로 측정된 탄소 양전극 및 탄소 음전극에서의 분리된 전극 전위를 보여준다.
도 32는 실시예 58에서 기술된 바와 같은 본 발명의 일 구현예에 따른 EDLC 실린더형 셀의 분해도이다.
도 33은 실시예 58에서 기술된 바와 같은 프로필렌 카보네이트 중의 1.0 M 포스포늄 염- (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3을 갖는 실린더형 셀에 대한 충전-방전 곡선을 보여준다.
도 34는 실시예 59 내지 61에서 기술된 바와 같은 프로필렌 카보네이트 중 암모늄 염과 비교하여 1.0M 포스포늄 염을 갖는 파우치 셀의 2.7V 및 70 oC에서의 정전용량 유지율(capacitance retention)을 보여준다.
도 35는 실시예 62에서 기술된 바와 같은 프로필렌 카보네이트 중 암모늄 염과 비교하여 1.0M 포스포늄 염을 갖는 파우치 셀의 다양한 온도에서의 정전용량 유지율을 보여준다.
Other aspects, embodiments and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the invention, Taken in conjunction with the appended claims and the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view of an electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to one embodiment of the present invention.
2A and 2B are cross-sectional views of a bipolar electrode and an EDLC multi-cell stack structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows one scheme for forming a phosphonium ionic liquid according to some embodiments of the present invention.
Figure 4 shows another scheme to form other embodiments of the phosphonium ionic liquid of the present invention.
Figure 5 illustrates another scheme for forming a phosphonium ionic liquid according to other embodiments of the present invention.
Figure 6 illustrates another scheme for forming a phosphonium ionic liquid in accordance with further embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a thermogravimetric analysis (TGA) graph performed for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 1. FIG.
8A shows a reaction scheme for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 2, and FIGS. 8B and 8C are respectively a thermogravimetric analysis (TGA) and an evolved gas analysis (EGA) FIG.
9A and 9B are graphs showing thermogravimetric analysis (TGA) and product gas analysis (EGA) for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 3, respectively.
FIG. 10a shows the reaction formulas of exemplary embodiments of the phosphonium ionic liquids prepared as described in FIG. 4 and Example 4, and FIG. 10b shows 1 H NMR spectra.
FIG. 11A is a reaction formula of exemplary embodiments of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 5, and FIG. 11B is a graph showing a result of thermogravimetric analysis (TGA). FIG.
12 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for exemplary embodiments of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 6. FIG.
13 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for exemplary embodiments of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 7. FIG.
FIG. 14A shows a reaction scheme of exemplary embodiments of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 8, and FIG. 14B is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results.
15A and 15B show 1 H and 31 P NMR spectra for exemplary embodiments of the phosphonium salt prepared as described in Example 9, respectively.
16 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for exemplary embodiments of the phosphonium salt prepared according to Example 9. FIG.
17A and 17B show 1 H and 31 P NMR spectra for exemplary embodiments of the phosphonium salt prepared as described in Example 10, respectively.
18 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for exemplary embodiments of the phosphonium salt prepared according to Example 10. FIG.
Figures 19A and 19B show 1 H and 31 P NMR spectra for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared as described in Example 11, respectively.
20 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for exemplary embodiments of the phosphonium salt prepared according to Example 11. FIG.
FIGS. 21A and 21B are graphs showing differential scanning calorimetry (DSC) results for exemplary embodiments of phosphonium ionic liquids prepared according to Example 12. FIG.
22 is a graph showing the ionic conductivity of a phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 in acetonitrile (ACN) / ≪ / RTI > volume ratio.
23 is a graph showing the ionic conductivity of a phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 in propylene carbonate (PC) / ≪ / RTI > volume ratio.
Figure 24 shows the ionic conductivity as a function of molar concentration with respect to the phosphonium salt compared to the ammonium salt in propylene carbonate as described in Examples 42-45.
Figure 25 shows the vapor pressures of acetonitrile as described in Example 46, acetonitrile with a 1.0 M ammonium salt, and acetonitrile with a 1.0 M phosphonium salt as a function of temperature.
Figure 26 is an embodiment in a variety of temperatures of -30 to 60 ℃ as described in 51 EC: DEC 1: phosphonium salt for ion conductivity of 1.0 M LiPF6 in 1 (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 .
27 is from 20 to various temperatures of 90 ℃ as described in Example 52 EC: DEC 1: phosphonium salt for ion conductivity of 1 of 1.0 M LiPF6 (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 .
28 is a cross-sectional view of an EDLC coin cell according to one embodiment of the present invention as described in Example 53;
29 is a polypropylene 1.0 M phosphonium salt of carbonate, as described in Example 53 - (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) Charging for a coin cell having a 2 CF 3 F 3 - Show the discharge curves.
30A is a cross-sectional view of an EDLC pouch cell according to one embodiment of the present invention as described in Examples 54-57.
FIG. 30B illustrates a manufacturing process of an EDLC pouch cell according to an embodiment of the present invention as described in Examples 54 to 57. FIG.
Figure 31a is an embodiment of the propylene carbonate as described in the 54 to 57 1.0 M phosphonium salt - (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2) (CH 3) a pouch cell having a 2 CF 3 F 3 Shows the charge-discharge curve.
FIG. 31B shows the carbon positive electrode as measured with a silver reference electrode as described in Examples 54 to 57 and the separated electrode potential at the carbon negative electrode.
32 is an exploded view of an EDLC cylindrical cell according to an embodiment of the present invention as described in Example 58;
33 is Example 58. The 1.0 M phosphonium salt in propylene carbonate as described in the - (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2) (CH 3) on a cylindrical cell having a 2 CF 3 F 3 The charge-discharge curve is shown.
Figure 34 shows the results of a comparison of the 2.7 < RTI ID = 0.0 > and 70 < / RTI > of pouch cells with 1.0 M phosphonium salt as compared to the ammonium salt in propylene carbonate as described in Examples 59-61. o Capacitance retention at C is shown.
Figure 35 shows the capacitance retention at various temperatures of a pouch cell having a 1.0 M phosphonium salt as compared to the ammonium salt in propylene carbonate as described in Example 62.

개괄generalization

본 발명은 일반적으로 포스포늄 이온성 액체, 염 및 조성물 및 다양한 응용에서의 이들의 사용에 관한 것이다.
The present invention relates generally to phosphonium ionic liquids, salts and compositions and their use in a variety of applications.

일반적인 설명General description

본 발명은 신규 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물 및 다양한 응용에서의 이들의 용도를 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 스태틱, 퍼머넌트 및 다이나믹 랜덤 엑세스 메모리를 포함하는 메모리 장치와 같은 전자 장치에서의 전해질; 전지, 전기화학적 이중층 커패시터, 전해 커패시터, 염료 감응 태양 전지 및 전기변색 장치에서의 전해질로서의 사용을 포함한다. 추가적인 응용은 다른 응용들 중에서도 열전달 매체, 고온 반응 및/또는 추출 매체로서의 사용을 포함한다. 특히, 본 발명은 구조적 특징을 갖는 포스포늄 이온성 액체, 염, 조성물 및 분자에 관한 것으로, 상기 조성물은 열역학적 안정성, 낮은 휘발성, 넓은 액상선 범위, 이온 전도도 및 전기화학적 안정성 중 적어도 2개 이상의 바람직한 조합을 나타낸다. 본 발명은 이러한 포스포늄 이온성 액체, 조성물 및 분자의 제조 방법 및 이를 포함하는 작동 장치 및 시스템을 더 포함한다. The present invention includes, but is not limited to, novel phosphonium ionic liquids, salts, compositions and their use in a variety of applications, including, but not limited to, those found in electronic devices such as memory devices including static, permanent and dynamic random access memories Electrolyte; Batteries, electrochemical double layer capacitors, electrolytic capacitors, dye-sensitized solar cells and electrochromic devices. Additional applications include, among other applications, heat transfer media, high temperature reactions, and / or use as extraction media. In particular, the present invention relates to phosphonium ionic liquids, salts, compositions and molecules having structural characteristics, wherein said composition is a composition comprising at least two of the following: thermodynamic stability, low volatility, broad liquid line range, ionic conductivity and electrochemical stability Combination. The present invention further comprises a process for the preparation of such phosphonium ionic liquids, compositions and molecules and an operating device and system comprising the same.

다른 측면에 있어서, 본 발명의 구현예는 포스포늄 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성된 전해질을 갖는 장치를 제공한다. 다른 측면에 있어서, 본 발명의 구현예들은 포스포늄 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성된 전해질을 포함하는 전지를 제공한다. 추가적인 일 측면에 있어서, 본 발명의 구현예들은 포스포늄 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성된 전해질을 포함하는 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)를 제공한다.In another aspect, embodiments of the present invention provide an apparatus having an electrolyte comprising a phosphonium ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent. In another aspect, embodiments of the present invention provide a cell comprising an electrolyte comprising a phosphonium ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent. In a further aspect, embodiments of the present invention provide electrochemical double layer capacitors (EDLC) comprising an electrolyte composed of a phosphonium ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent.

상기 포스포늄 이온성 액체 조성물의 유리한 특성들은 특히 전자 장치, 전지, EDLC, 연료 전지, 염료 감응 태양 전지(DSSC) 및 전기변색 장치에서의 전해질로서의 응용에 특히 적절하다.The advantageous properties of the phosphonium ionic liquid composition are particularly suitable for use as electrolytes in electronic devices, batteries, EDLC, fuel cells, dye-sensitized solar cells (DSSC) and electrochromic devices.

본 발명의 추가적인 일 측면에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성된 열전달 매체가 제공된다. 본 발명의 조성물의 유리한 특성들은 열전달 매체로서 매우 적절하며, 열 추출 공정 및 고온 반응과 같은 열전달 매체가 사용되는 공정 및 시스템에서 유용하다.In a further aspect of the present invention, there is provided a heat transfer medium comprising a phosphonium ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent. Advantageous properties of the compositions of the present invention are very suitable as heat transfer media and are useful in processes and systems where heat transfer media such as heat extraction processes and high temperature reactions are used.

정의Justice

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "전해질" 또는 "전해액" 또는 "전해질 조성물" 또는 "이온성 전해질" 또는 "이온 전도성 전해질" 또는 "이온 전도성 조성물" 또는 "이온성 조성물"이 사용되는데, 이는 본 명세서에서 다음 중 하나 이상으로 정의된다: (a) 이온성 액체, (b) 실온 이온성 액체, (c) 하나 이상의 용매에 용해된 하나 이상의 염 및 (d) 적어도 하나의 폴리머와 함께 적어도 하나의 용매 중에 용해되어 겔 전해질을 형성하는 하나 이상의 염. 추가적으로, 상기 하나 이상의 염은 다음을 포함하는 것으로 정의된다: (a) 100℃ 이하의 온도에서 고체인 하나 이상의 염 및 (b) 100℃ 이하의 온도에서 액체인 하나 이상의 염.In this specification, unless otherwise indicated, the terms "electrolyte" or "electrolyte" or "electrolyte composition" or "ionic electrolyte" or "ionically conductive electrolyte" or "ionically conductive composition" or "ionic composition" , Which is defined herein as one or more of: (a) an ionic liquid, (b) a room temperature ionic liquid, (c) at least one salt dissolved in at least one solvent, and (d) at least one polymer At least one salt that is dissolved in at least one solvent to form a gel electrolyte. In addition, the at least one salt is defined as comprising: (a) one or more salts that are solid at a temperature of less than or equal to 100 占 폚; and (b) one or more salts that are liquid at a temperature of less than or equal to 100 占 폚.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "아실"은 카르복실기의 OH가 본 명세서에서 "R" 치환기로 기술된 몇몇 다른 치환기로 대체된 유기산 기(RCO-)를 지칭한다. 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나, 할로, 아세틸 및 벤조일을 포함한다.Unless otherwise indicated, the term "acyl" refers to an organic acid group (RCO-) in which the OH of the carboxyl group is replaced by some other substituent described herein as the "R" substituent. Include, but are not limited to, halo, acetyl, and benzoyl.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, "알콕시기"는 -O- 알킬기를 의미하고, 여기서 알킬기는 본 명세서에서 정의된 바와 같다. 알콕시기는 비치환되거나 또는 1개, 2개 또는 3개의 적절할 치환기로 치환될 수 있다. 바람직하게는, 알콕시기의 알킬 사슬은 1개 내지 6개의 탄소 원자의 길이이며, 이는 본 명세서에서, 예를 들어 "(C1-C6)알콕시"로 지칭된다.In this specification, unless otherwise indicated, "alkoxy group" means an -O-alkyl group, wherein the alkyl group is as defined herein. The alkoxy group may be unsubstituted or substituted with one, two or three suitable substituents. Preferably, the alkyl chain of the alkoxy group is 1 to 6 carbon atoms in length and is referred to herein as, for example, "(CrC6) alkoxy ".

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, "알킬기"는 그 자체 또는 다른 치환체의 일부로서, 알칸, 알켄 또는 알킨 모체(parent)의 단일 탄소 원자로부터 1개의 수소 원자가 제거되어 유래된 포화 또는 불포화의, 분지쇄, 직쇄 또는 사이클릭 1가 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 또한, C5, C6 또는 기타 고리와 같은 사이클로알킬기 및 질소, 산소, 황 또는 인을 갖는 헤테로사이클릭 고리(헤테로사이클로알킬)이 알킬기의 정의 내에 포함된다. 알킬기는 또한, 황, 산소, 질소, 인 및 특정 구현예에서 특정 용도로 사용되는 규소와 같은 헤테로원자를 갖는 헤테로알킬기를 포함한다. 알킬기는 선택적으로 R기로 치환될 수 있고, R기는 후술하는 각각의 위치에서 독립적으로 선택된다.As used herein, unless otherwise indicated, the term "alkyl group", by itself or as part of another substituent, refers to a saturated or unsaturated, saturated or unsaturated, saturated or unsaturated, saturated or unsaturated, Quot; refers to branched, straight-chain or cyclic monovalent hydrocarbon radicals. Also included in the definition of alkyl groups are cycloalkyl groups such as C5, C6 or other rings and heterocyclic rings (heterocycloalkyl) having nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus. Alkyl groups also include heteroalkyl groups having heteroatoms such as sulfur, oxygen, nitrogen, phosphorus, and silicon used in certain applications in certain embodiments. The alkyl group may be optionally substituted with an R group, and the R group is independently selected at each position described below.

알킬기의 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 2-메틸-1-프로필, 2-메틸-2-프로필, 2-메틸-1-부틸, 3-메틸-1-부틸, 2-메틸-3-부틸, 2,2-디메틸-1-프로필, 2-메틸-1-펜틸, 3-메틸-1-펜틸, 4-메틸-1-펜틸, 2-메틸-2-펜틸, 3-메틸-2-펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 2,2-디메틸-1-부틸, 3,3-디메틸-1-부틸, 2-에틸-1-부틸, 부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸 및 헥실과 같은 (C1-C6) 알킬기; 및 헵틸 및 옥틸과 같은 보다 긴 알킬기;를 포함한다.Examples of alkyl groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, 2-methyl-1-propyl, Butyl, 2-methyl-3-butyl, 2,2-dimethyl-1 -propyl, Methyl-2-pentyl, 2,2-dimethyl-1-butyl, 3,3-dimethyl-1-butyl, 2-ethyl-1-butyl, butyl, isobutyl , (C1-C6) alkyl groups such as t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl and hexyl; And longer alkyl groups such as heptyl and octyl.

용어 "알킬"은 임의의 포화도 또는 포화 수준을 갖는 기, 즉, 오로지 탄소-탄소 단일 결합을 갖는 기, 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 기, 하나 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 갖는 기 및 단일, 이중 및 삼중 탄소-탄소 결합의 혼합을 갖는 기를 구체적으로 포함하는 것으로 의도된다. 특정 포화 수준이 의도되는 경우, 표현 "알카닐", "알케닐" 및 "알키닐"이 사용된다.The term "alkyl" refers to a group having any degree of saturation or saturation level, i.e., a group having only a carbon-carbon single bond, a group having at least one carbon-carbon double bond, , A group having a mixture of double and triple carbon-carbon bonds. When a particular saturation level is intended, the expressions "alkanyl", "alkenyl" and "alkynyl" are used.

"알카닐"은 그 자체 또는 다른 치환체의 일부로서, 모체 알칸의 단일 탄소 원자로부터 1개의 수소 원자의 제거로 유래된 포화 분지쇄, 직쇄 또는 사이클릭 알킬 라디칼을 지칭한다. 전술한 바와 같은 "헤테로알카닐"이 포함된다."Alkynyl" by itself or as part of another substituent refers to a saturated branched chain, straight chain or cyclic alkyl radical derived from the removal of one hydrogen atom from a single carbon atom of the parent alkane. Includes "heteroalkanyl" as defined above.

"알케닐"은 그 자체 또는 다른 치환체의 일부로서, 모체 알켄의 단일 탄소 원자로부터 1개의 수소 원자의 제거로 유래된 불포화 분지쇄, 직쇄 또는 사이클릭 알킬 라디칼을 지칭한다. 상기 알케닐기 이중 결합(들)에 대하여 시스 또는 트랜스 형태(conformation)일 수 있다. 적절한 알케닐기는, 이에 한정되는 것은 아니나, (C2-C6)알케닐기, 예를 들어, 비닐, 알릴, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐, 부타디에닐, 펜타디에닐, 헥사디에닐, 2-에틸헥세닐, 2-프로필-2-부틸, 4-(2-메틸-3-부텐)-펜테닐을 포함한다. 알케닐기는 비치환되거나 또는 독립적으로 선택된 하나 이상의 R기로 치환될 수 있다."Alkenyl" by itself or as part of another substituent refers to an unsaturated branched chain, straight chain or cyclic alkyl radical derived from the removal of one hydrogen atom from a single carbon atom of the parent alkene. And may be cis or trans configuration (conformation) with respect to the alkenyl group double bond (s). Suitable alkenyl groups include but are not limited to (C2-C6) alkenyl groups such as vinyl, allyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, butadienyl, pentadienyl, hexadienyl, 2- Ethylhexenyl, 2-propyl-2-butyl, 4- (2-methyl-3-butene) -pentenyl. The alkenyl group may be unsubstituted or substituted with one or more R groups selected independently.

"알키닐"은 그 자체 또는 다른 치환체의 일부로서, 모체 알킨의 단일 탄소 원자로부터 1개의 수소 원자의 제거로 유래된 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합을 갖는 불포화 분지쇄, 직쇄 또는 사이클릭 알킬 라디칼을 지칭한다."Alkynyl" by itself or as part of another substituent refers to an unsaturated branched chain having at least one carbon-carbon triple bond derived from the removal of one hydrogen atom from a single carbon atom of the parent alkyne, a linear or cyclic alkyl radical Quot;

"알킬"의 정의에 "치환된 알킬"이 또한 포함된다. "치환된"은 본 명세서에서 "R"로 표기되고 하나 이상의 수소 원자가 독립적으로 동일한 또는 상이한 치환체(들)로 대체된 기를 지칭한다. R 치환체는 독립적으로, 이에 한정되는 것은 아니나, 수소, 할로겐, 알킬(치환된 알킬(알킬 티오, 알킬아미노, 알콕시 등), 사이클로알킬, 치환된 사이클로알킬, 사이클로헤테로알킬 및 치환 사이클로 헤테로알킬을 포함함), 아릴(치환된 아릴, 헤테로아릴 또는 치환된 헤테로아릴을 포함함), 카르보닐, 알코올, 아미노, 아미도, 니트로, 에테르, 에스테르, 알데히드, 술포닐, 술폭실, 카르바모일, 아실, 시아노, 티오시아나토, 규소 모이어티, 할로겐, 황 함유 모이어티, 인 함유 모이어티 등으로부터 선택될 수 있다. 몇몇 구현예들에 있어서, 본 명세서에서 기술된 바와 같이, R 치환체는 산화환원 활성 모이어티(redox active moieties: ReAMs)를 포함한다. 몇몇 구현예들에 있어서, 선택적으로 R 및 R'은 이들이 결합된 원자들과 함께 사이클로알킬(사이클로헤테로알킬을 포함함) 및/또는 사이클로아릴(사이클로헤테로아릴을 포함함)을 형성하며, 이는 또한 원하는 바에 따라 더 치환될 수 있다. 본 명세서에 도시된 구조에서, R은 그 위치가 비치환된 경우 수소이다. 몇몇 위치는 2개 또는 3개의 치환기로서 R, R' 및 R''를 허용할 수 있는데, 이 경우, R, R' 및 R''기들은 동일하거나 상이할 수 있음에 주목해야 한다.The term "alkyl" also includes "substituted alkyl ". "Substituted" refers to a group denoted herein as "R" wherein one or more hydrogen atoms are independently replaced with the same or different substituent (s). The R substituent may be independently selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl (including substituted alkyl (alkylthio, alkylamino, alkoxy, etc.), cycloalkyl, substituted cycloalkyl, cycloheteroalkyl and substituted cycloheteroalkyl (Including substituted aryl, heteroaryl or substituted heteroaryl), carbonyl, alcohol, amino, amido, nitro, ether, ester, aldehyde, sulfonyl, sulfoxyl, carbamoyl, acyl , Cyano, thiocyanato, silicon moieties, halogens, sulfur containing moieties, phosphorous containing moieties, and the like. In some embodiments, as described herein, the R substituent comprises redox active moieties (ReAMs). In some embodiments, optionally, R and R 'together with the atoms to which they are attached form a cycloalkyl (including cycloheteroalkyl) and / or a cycloaryl (including cycloheteroaryl) May be further substituted as desired. In the structure depicted herein, R is hydrogen when the position is unsubstituted. It should be noted that some positions may allow R, R 'and R "as two or three substituents, in which case the R, R' and R" groups may be the same or different.

몇몇 구현예에 있어서, R기(서브유닛)는 대상 화합물의 산화환원 전위(들)을 조정하기 위해 사용된다. 따라서, 이하 및 본 명세서에서 인용된 참고 문헌에 서 더욱 충분히 기술되어 있는 바와 같이, R기, 예를 들면 산화환원 활성 서브유닛은, 그 산화환원 전위를 변화시키기 위해서, 매크로사이클(macrocycle), 특히 포르피린 매크로사이클에 첨가될 수 있다. 특정 바람직한 치환체들은, 이에 한정되는 것은 아니나, 4-클로로페닐, 3-아세트아미도페닐, 2,4-디클로로-4-트리플루오로메틸 및 페로센(페로센 유도체를 포함함)을 포함한다. 상기 치환체가 산화환원 전위를 변화시키기 위해 사용된 경우, 바람직한 치환체는 약 5 볼트 미만, 바람직하게는 약 2 볼트 미만, 더욱 바람직하게는 약 1 볼트 미만의 산화환원 전위 범위를 제공한다. In some embodiments, the R group (subunit) is used to adjust the redox potential (s) of the compound of interest. Thus, as is more fully described below and in the references cited herein, the R group, such as a redox active subunit, can have a macrocycle, in particular, Porphyrin can be added to the macrocycle. Specific preferred substituents include, but are not limited to, 4-chlorophenyl, 3-acetamidophenyl, 2,4-dichloro-4-trifluoromethyl, and ferrocene (including ferrocene derivatives). When such substituents are used to change the redox potential, the preferred substituents provide an oxidation-reduction potential range of less than about 5 volts, preferably less than about 2 volts, more preferably less than about 1 volt.

특정 구현예들에 있어서, R기는 미국 임시 출원 번호 제60/687,464호의 도면 및 텍스트에서 정의되고 도시된 바와 같으며, 이는 인용에 의해 본 명세서에 통합된다. 적절한 치환체 뿐만 아니라, 수많은 적절한 프로리간드 및 착물이 미국 특허 번호 제6,212,093호; 제6,728,129호; 제6,451,942호; 제6,777,516호; 제6,381,169호; 제6,208,553호; 제6,657,884호; 제6,272,038호; 제6,484,394호; 및 미국 일련 번호 제/040,059호; 제10/682,868호; 제10/445,977호; 제10/834,630호; 제10/135,220호; 제10/723,315호; 제10/456,321호; 제10/376,865호에서 설명되고, 이들 모두는 인용에 의해 명시적으로 통합된다. 특히, 상기 문헌들에 도시된 구조 및 설명은, 본 명세서에 도시된 특정 매크로사이클 치환체 및 추가적으로 치환된 유도체들 모두에 대하여, 치환가능한 구현예로서 명시적으로 통합된다.In certain embodiments, the R group is as defined and shown in the drawings and text of US Provisional Application No. 60 / 687,464, incorporated herein by reference. Numerous suitable proligand and complexes as well as suitable substituents are disclosed in U.S. Patent Nos. 6,212,093; 6,728,129; 6,451, 942; 6,777,516; 6,381,169; 6,208,553; 6,657,884; 6,272,038; 6,484, 394; And U.S. Serial No. 040,059; 10 / 682,868; 10 / 445,977; 10 / 834,630; 10 / 135,220; 10 / 723,315; 10 / 456,321; 10 / 376,865, both of which are expressly incorporated by reference. In particular, the structures and descriptions shown in these documents are expressly incorporated as substitutable implementations for all of the specific macrocycle substituents and additionally substituted derivatives shown herein.

"아릴" 또는 본 명세서에서 문법적인 동등물은 (물론 더 큰 폴리사이클릭 고리 구조일 수 있으나) 일반적으로 5 내지 14개의 탄소 원자를 함유하는 방향족 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 탄화수소 모이어티 및 이들의 임의의 카르보사이클릭 케톤 유도체, 이민 유도체 또는 티오케톤 유도체를 의미하며, 여기서 자유 원자가를 갖는 탄소 원자는 방향족 고리의 일원이다. 방향족기는 아릴렌기 및 2 이상의 원자가 제거된 방향족기를 포함한다. 본 출원의 목적을 위하여, 아릴은 헤테로아릴을 포함한다. "헤테로아릴"은 표시된 1 내지 5개의 탄소 원자가 질소, 산소, 황, 인, 붕소 및 규소로부터 선택된 헤테로원자에 의해 대체된 방향족기를 의미하고, 자유 원자가를 갖는 원자는 방향족 고리 및 이들의 임의의 헤테로사이클릭 케톤 유도체 및 티오케톤 유도체의 일원이다. 따라서, 헤테로사이클은 단일 고리 및 다중 고리 시스템 모두를 포함하며, 예를 들어, 티에닐, 푸릴, 피롤일, 피리미디닐, 인돌일, 퓨리닐, 퀴놀일, 이소퀴놀일, 티아졸일, 이미다졸일, 나프탈렌, 페난트롤린 등을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 정의되고 위에서 설명된 하나 이상의 치환기 "R"로 치환된 아릴이 아릴의 정의에 포함된다. 예를 들어, "퍼플루오로아릴"이 포함되며, 모든 수소 원자가 불소 원자로 대체된 아릴기를 지칭한다. 옥살일기 또한 포함된다.The term "aryl" or grammatical equivalents herein refers to an aromatic monocyclic or polycyclic hydrocarbon moiety generally containing 5 to 14 carbon atoms (although of course it may be a larger polycyclic ring structure, of course) Means any carbocyclic ketone derivative, imine derivative or thioketone derivative in which the carbon atom having a free valence is a member of an aromatic ring. The aromatic group includes an arylene group and an aromatic group in which two or more atoms are removed. For purposes of the present application, aryl includes heteroaryl. "Heteroaryl" means an aromatic group wherein the indicated one to five carbon atoms are replaced by a heteroatom selected from nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, boron and silicon, and the atoms having a free valence are replaced by an aromatic ring and any hetero Cyclic ketone derivatives and thioketone derivatives. Heterocycles thus include both single ring and multiple ring systems and include, for example, thienyl, furyl, pyrroyl, pyrimidinyl, indolyl, purinyl, quinolyl, isoquinolyl, thiazolyl, imida Naphthalene, phenanthroline, and the like. Also included in the definition of aryl is aryl, as defined herein and substituted with one or more substituents "R" as described above. Includes, for example, "perfluoroaryl" and refers to an aryl group in which all hydrogen atoms are replaced by fluorine atoms. Oxalic diaries are also included.

본 명세서에서, 용어 "할로겐"은 주기율표의 VIIA족의 전기음성 원소(electronegative element)(불소, 염소, 브롬, 요오드 및 아스타틴) 중 하나를 지칭한다.As used herein, the term "halogen " refers to one of the electronegative elements of the VIIA family of the periodic table (fluorine, chlorine, bromine, iodine and astatine).

용어 "니트로"는 -NO2 기를 지칭한다.The term "nitro" refers to the group -NO 2 .

"아미노기" 또는 본 명세서의 문법적 동등물은 -NH2, -NHR 및 -NRR'기를 의미하고, R 및 R'은 독립적으로 본 명세서에서 정의된 바와 같다."Amino group" or grammatical equivalents herein means -NH2, -NHR and -NRR 'groups, and R and R' are independently as defined herein.

본 명세서에서, 용어 "피리딜"은 CH 단위가 질소 원자로 대체된 아릴기를 지칭한다.As used herein, the term "pyridyl" refers to an aryl group in which the CH unit is replaced by a nitrogen atom.

본 명세서에서, 용어 "시아노"는 -CN 기를 지칭한다.As used herein, the term "cyano" refers to a -CN group.

본 명세서에서, 용어 "티오시아나토"는 -SCN 기를 지칭한다.As used herein, the term "thiocyanato" refers to a -SCN group.

용어 "술폭실"은 조성 RS(O)-의 기를 지칭하는데, 여기서 R은 본 명세서에서 정의된 치환체로서, 알킬, (사이클로알킬, 퍼플루오로알킬 등) 또는 아릴(예를 들어, 퍼플루오로아릴기)를 포함한다. 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 메틸술폴실, 페닐술폭실 등을 포함한다.Refers to a group of the formula RS (O) - wherein R is a substituent as defined herein, such as alkyl, (cycloalkyl, perfluoroalkyl, etc.) or aryl (e.g., perfluoro Aryl group). Examples include, but are not limited to, methylsulfolyl, phenylsulfoxyl, and the like.

용어 "술포닐"은 조성 RSO2-의 기를 지칭하는데, 여기서 R은 본 명세서에서 정의된 치환체로서, 알킬, 아릴, (사이클로알킬기, 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로아릴기를 포함함)을 가진다. 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 메틸술포닐, 페닐술포닐, p-톨루엔술포닐 등을 포함한다.The term "sulfonyl" refers to a group of the formula RSO2-, wherein R has as substituent as defined herein alkyl, aryl, (including cycloalkyl, perfluoroalkyl or perfluoroaryl groups). Examples include, but are not limited to, methylsulfonyl, phenylsulfonyl, p-toluenesulfonyl, and the like.

용어 "카르바모일"은 조성 R(R')NC(O)-의 기를 지칭하는데, 여기서 R 및 R'는 본 명세서에 정의된 바와 같고, 예로서, 이에 한정되는 것은 아니나, N-에틸카르바모일, N,N-디메틸카르바모일 등을 포함한다.The term "carbamoyl" refers to the group of the formula R (R ') NC (O) - wherein R and R' are as defined herein and include, N, N-dimethylcarbamoyl, and the like.

용어 "아미도"는 조성 R1CONR2-의 기를 지칭하는데, 여기서, R1 및 R2는 본 명세서에서 정의된 치환체이다. 예로서, 이에 한정되는 것은 아니나, 아세트아미도, N-에틸벤즈아미도 등을 포함한다.The term "amido" refers to a group of the formula R 1 CONR 2 -, wherein R 1 and R 2 are substituents as defined herein. Examples include, but are not limited to, acetamido, N-ethylbenzamido, and the like.

용어 "이민"은 =NR을 지칭한다.The term "immune" refers to = NR.

특정 구현예들에 있어서, 금속이 예를 들어, "M" 또는 "Mn"으로 표기되는 경우(여기서 n은 정수임), 상기 금속은 상대 이온(counterion)과 회합된(associated) 것으로 인식될 수 있다.In certain embodiments, when the metal is denoted, for example, as "M" or "Mn" (where n is an integer), the metal may be recognized as associated with a counterion .

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "전류측정 장치(amperometric device)"는 특정 장 전위(field potential)("전압")를 인가함으로써 전기화학적 셀에 생성된 전류를 측정할 수 있는 장치이다.In this specification, unless otherwise indicated, the term "amperometric device" is a device capable of measuring the current generated in an electrochemical cell by applying a specific field potential (" .

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "아릴옥시기"는 -O- 아릴기를 의미하고, 여기서 아릴은 본 명세서에서 정의된 바와 같다. 아릴옥시기는 비치환되거나 또는 1개 또는 2개의 적절한 치환체로 치환될 수 있다. 바람직하게는, 아릴옥시기의 아릴 고리는 6개의 탄소 원자를 포함하는 모노사이클릭 고리이고, 이는 "(C6) 아릴옥시"로 지칭된다.In this specification, unless otherwise indicated, the term "aryloxy group" means an -O-aryl group, wherein aryl is as defined herein. The aryloxy group may be unsubstituted or substituted with one or two suitable substituents. Preferably, the aryl ring of the aryloxy group is a monocyclic ring containing 6 carbon atoms, which is referred to as "(C6) aryloxy. &Quot;

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "벤질"은 -CH2-페닐을 의미한다.In this specification, unless otherwise indicated, the term "benzyl " means-CH2-phenyl.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "카르보닐"기는 화학식 -C(O)-의 2가기이다.In this specification, unless otherwise indicated, the term "carbonyl" group is a divalent group of the formula -C (O) -.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "전량분석 장치(coulometric device)"는 전기화학적 셀에 전위장(potential field)("전압")을 인가하는 동안 발생된 순전하(net charge)를 측정할 수 있는 장치이다.Unless otherwise indicated, the term "coulometric device " refers to a device that measures the net charge generated during the application of a potential field (" voltage ") to an electrochemical cell It is a device that can do.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "시아노"는 -CN 기를 지칭한다.In this specification, unless otherwise indicated, the term "cyano" refers to a -CN group.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 2개 이상의 산화 상태를 언급할 때 사용되는 용어 "상이하고 구별가능한"은 전체(원자, 분자, 응집물, 서브유닛 등)에 대한 순전하가 2개의 상이한 상태로 존재할 수 있음을 의미한다. 상태 사의의 차이가 실온에서의 열 에너지보다 큰 경우, 이러한 상태는 "구별가능하다"로 지칭된다.As used herein, unless otherwise indicated, the term " different and distinguishable " as used to refer to two or more oxidation states refers to the net charge for the whole (atom, molecule, aggregate, subunit, etc.) ≪ / RTI > This state is referred to as "distinguishable" if the difference in state of action is greater than the thermal energy at room temperature.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "E1 /2"은 산화환원 과정의 형식 전위(formal potential)(E0)의 실제적인 정의로서, E = E0 + (RT/nF)ln(D산화/D환원) 로 정의된다. 여기서, R은 기체 상수이고, T는 온도(K)이고, n은 공정 중에 관여하는 전자의 수이고, F는 패러데이(Faraday) 상수(96,485 쿨롱/몰)이고, D산화는 산화를 겪는 종의 확산 계수(diffusion coefficient)이고, D환원은 환원을 겪는 종의 확산 계수이다.In the present specification, unless otherwise indicated, the term "E 1/2" is a practical definition of the type of the oxidation-reduction potential of the process (formal potential) (E 0) , E = E 0 + (RT / nF) ln (D oxidation / D reduction ). Where R is the gas constant, T is the temperature (K), n is the number of electrons involved in the process, F is the Faraday constant (96,485 coulombs per mole), D oxidation is the oxidation of the species and diffusivity (diffusion coefficient), D is the diffusion coefficient of reduced species undergoing reduction.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 저장 분자 및/또는 저장 매체 및 전극을 언급할 때 사용되는 용어 "전기적으로 커플링된(electrically coupled)"은 전자가 저장 매체/분자에서 전극으로 이동하거나 또는 전극에서 저장 매체/분자로 이동하여 저장 매체/분자의 산화 상태를 변화시키는 저장 매체 또는 분자와 전극 사이의 회합(association)을 지칭한다. 상기 전기적 커플링은 저장 매체/분자와 전극 사이의 직접 공유 연결(linkage), 간접 공유 커플링(예를 들어, 링커(linker)를 통함), 저장 매체/분자와 전극 사이의 직접 또는 간접 이온 결합, 또는 기타 결합(예를 들어, 소수성 결합)을 포함한다. 추가적으로, 실제적인 결합이 요구되지 않을 수 있으며, 저장 매체/분자는 전극 표면에 단순하게 접촉되어 있을 수 있다. 또한, 전극이 저장 매체/분자에 충분히 근접하여 매체/분자와 전극 사이에 전자 터널링(tunneling)이 가능하다면, 전극과 저장 매체/분자 사이의 접촉은 반드시 필요하지 않다. In this specification, unless otherwise indicated, the term "electrically coupled ", when referring to storage molecules and / or storage media and electrodes, means that electrons are transferred from the storage medium / Refers to an association between a molecule and an electrode or a storage medium that moves from the electrode to the storage medium / molecule and thereby changes the oxidation state of the storage medium / molecule. The electrical coupling may be a direct linkage between the storage medium / molecule and the electrode, an indirect shared coupling (e.g. via a linker), a direct or indirect ionic bond between the storage medium / molecule and the electrode , Or other bonds (e. G., Hydrophobic bonds). In addition, practical coupling may not be required, and the storage medium / molecule may simply be in contact with the electrode surface. Also, if the electrode is sufficiently close to the storage medium / molecule and it is possible to tunnel electronically between the medium / molecule and the electrode, contact between the electrode and the storage medium / molecule is not necessary.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "전기화학적 셀"은 최소한으로, 기준 전극, 작업 전극, 산화환원 활성 매체(예를 들어, 저장 매체) 및 필요한 경우 전극간 및/또는 전극과 매체 간의 전기적 전도도를 제공하기 위한 몇몇 수단(예를 들어, 유전체)로 구성된다. 몇몇 구현예에 있어서, 유전체는 저장 매체의 일 성분이다.As used herein, unless otherwise indicated, the term "electrochemical cell" encompasses, at a minimum, a reference electrode, a working electrode, a redox active medium (eg, a storage medium) (E. G., Dielectric) for providing electrical conductivity. In some embodiments, the dielectric is a component of the storage medium.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "전극"은 전하(예를 들어, 전자)를 저장 분자로 및/또는 저장 분자로부터 수송하는 것이 가능한 임의의 매체를 지칭한다. 바람직한 전극은 금속 또는 전도성 유기 분자이다. 전극은 거의 모든 2차원 또는 3차원 형상(예를 들어, 불연속 라인, 패드, 평면, 구, 실린더)으로 제조될 수 있다.As used herein, unless otherwise indicated, the term "electrode" refers to any medium capable of transporting charge (e.g., electrons) from and / or to a storage molecule. A preferred electrode is a metal or a conductive organic molecule. The electrodes can be fabricated in almost any two-dimensional or three-dimensional shape (e.g., discrete lines, pads, planes, spheres, cylinders).

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "고정된 전극"은 저장 매체에 대하여 본질적으로 안정하고, 움직일 수 없는 전극이라는 사실을 반영하는 것으로 의도된다. 즉, 전극 및 저장 매체는 서로 본질적으로 고정된 기하학적 관계로 배열된다. 물론, 이러한 관계는 열적 변화에 따른 매체의 팽창 및 수축으로 인해 또는 분자를 포함하는 전극 및/또는 저장 매체의 형태의 변화로 인해 다소 변경되는 것으로 인식된다. 그럼에도 불구하고, 전체적인 공간적 배치는 본질적으로 변하지 않는다.In this specification, unless otherwise indicated, the term "fixed electrode" is intended to reflect the fact that it is an essentially stable, immovable electrode for the storage medium. That is, the electrodes and the storage medium are arranged in an essentially fixed geometric relationship with each other. Of course, this relationship is perceived to be somewhat altered due to expansion and contraction of the medium as a result of thermal changes or due to changes in the shape of the electrodes and / or storage medium comprising the molecules. Nevertheless, the overall spatial layout is essentially unchanged.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "링커"는 2개의 상이한 분자, 2개의 분자 서브유닛 또는 분자를 기재(substrate)에 커플링시키기 위해 사용되는 분자이다.In this specification, unless otherwise indicated, the term "linker" is a molecule used to couple two different molecules, two molecular subunits or molecules to a substrate.

본 명세서에 기술된 많은 화합물들이 본 명세서에 "R"로 일반적으로 설명된 치환체를 사용한다. 적절한 R기는, 이에 한정되는 것은 아니나, 수소, 알킬, 알코올, 아릴, 아미노, 아미도, 니트로, 에테르, 에스테르, 알데히드, 술포닐, 규소 모이어티, 할로겐, 시아노, 아실, 황 함유 모이어티, 인 함유 모이어티, Sb, 이미도, 카르바모일, 링커, 부착 모이어티, ReAM 및 다른 서브유닛을 포함한다. 몇몇 위치는 2개의 치환기로서 R 및 R'를 허용할 수 있으며, 이 경우 R 및 R'기는 동일하거나 상이할 수 있으며, 일반적으로 치환기 중 하나가 수소인 것이 바람직함에 주목해야 한다. 몇몇 구현예에 있어서, R기는 미국의 도면 및 텍스트에서 정의되고 설명된 바와 동일하다. 적절한 치환체 뿐만 아니라 수많은 적절한 프로리간드 및 착물이 미국 특허 번호 제6,212,093호; 제6,728,129호; 제6,451,942호; 제6,777,516호; 제6,381,169호; 제6,208,553호; 제6,657,884호; 제6,272,038호; 제6,484,394호; 및 미국 일련 번호 제/040,059호; 제10/682,868호; 제10/445,977호; 제10/834,630호; 제10/135,220호; 제10/723,315호; 제10/456,321호; 제10/376,865호에서 설명되고, 이들 모두는 인용에 의해 명시적으로 통합된다. 특히, 상기 문헌들에 도시된 구조 및 설명은, 본 명세서에 도시된 특정 매크로사이클 치환체 및 추가적으로 치환된 유도체들 모두에 대하여, 치환가능한 구현예로서 명시적으로 통합된다.Many of the compounds described herein employ substituents that are generally described herein as "R ". Suitable R groups include but are not limited to hydrogen, alkyl, alcohol, aryl, amino, amido, nitro, ether, ester, aldehyde, sulfonyl, silicon moiety, halogen, cyano, acyl, Phosphorus containing moieties, Sb, imido, carbamoyl, linkers, attachment moieties, ReAM, and other subunits. Some sites may allow R and R 'as two substituents, in which case the R and R' groups may be the same or different, and it is generally noted that one of the substituents is preferably hydrogen. In some embodiments, the R groups are the same as defined and described in the drawings and texts of the United States. Numerous suitable proligand and complexes as well as suitable substituents are disclosed in U.S. Patent Nos. 6,212,093; 6,728,129; 6,451, 942; 6,777,516; 6,381,169; 6,208,553; 6,657,884; 6,272,038; 6,484, 394; And U.S. Serial No. 040,059; 10 / 682,868; 10 / 445,977; 10 / 834,630; 10 / 135,220; 10 / 723,315; 10 / 456,321; 10 / 376,865, both of which are expressly incorporated by reference. In particular, the structures and descriptions shown in these documents are expressly incorporated as substitutable implementations for all of the specific macrocycle substituents and additionally substituted derivatives shown herein.

본 명세서에서, 달리 표시되지 않는 한, 용어 "서브유닛"은 분자의 산화환원 활성 성분을 지칭한다.
In this specification, unless otherwise indicated, the term "subunit " refers to the redox active ingredient of the molecule.

본 발명의 The 포스포늄Phosphonium 이온성 액체, 염 및 조성물 Ionic liquids, salts and compositions

본 명세서에서 상세히 기술된 바와 같이, 본 발명의 신규 포스포늄 이온성 액체, 염 및 조성물의 구현예들은 바람직한 특성, 특히, 높은 열역학적 안정성, 낮은 휘발성, 넓은 액상선 범위, 높은 이온 전도도 및 넓은 전기화학적 안정성 범위 중 적어도 2 이상의 조합을 나타낸다. 몇몇 구현예들에 있어서, 하나의 조성물에서 이들의 모든 특성의 조합이 바람직한 수준임은 예기치 못한 것이었으며, 공지의 이온성 조성물보다 상당한 이점을 제공한다. 이러한 특성을 나타내는 본 발명의 포스포늄 조성물의 구현예는 이전에 이용가능하지 않은 응용 및 장치를 가능하게 한다.As described in detail herein, embodiments of the novel phosphonium ionic liquids, salts, and compositions of the present invention have desirable properties, particularly high thermodynamic stability, low volatility, broad liquid line range, And a stability range. In some embodiments, it has been unexpected that the combination of all of these properties in one composition is at a desirable level and provides significant advantages over known ionic compositions. Embodiments of the present phosphonium compositions exhibiting these properties enable applications and devices not previously available.

몇몇 구현예들에 있어서, 본 발명의 포스포늄 이온성 액체는 선택된 분자량 및 치환 패턴의 포스포늄 양이온 및 이와 커플링된 선택된 음이온(들)을 포함함으로써, 열역학적 안정성, 이온 전도도, 액상선 범위 및 낮은 휘발 특성의 조절 가능한 조합을 갖는 이온성 액체를 형성한다.In some embodiments, the phosphonium ionic liquid of the present invention comprises a phosphonium cation of a selected molecular weight and substitution pattern, and the selected anion (s) coupled thereto, thereby providing thermodynamic stability, ionic conductivity, To form an ionic liquid having an adjustable combination of volatility characteristics.

몇몇 구현예들에 있어서, 본 명세서에서, "이온성 액체"는 100℃ 이하에서 액체 상태인 염을 의미한다. 본 명세서에서, "실온" 이온성 액체는 실온 이하에서 액체 상태인 염인 것으로 추가적으로 정의된다.In some embodiments, "ionic liquid" as used herein refers to a salt that is in a liquid state at 100 占 폚 or lower. As used herein, the "room temperature" ionic liquid is further defined as being a salt that is liquid at room temperature or lower.

몇몇 구현예들에 있어서, 용어 "전해질" "또는 "전해액" 또는 "전해질 조성물" 또는 "이온성 전해질" 또는 "이온 전도성 전해질" 또는 "이온 전도성 조성물" 또는 "이온성 조성물"이 사용되는데, 이는 본 명세서에서 다음 중 하나 이상으로 정의된다: (a) 이온성 액체, (b) 실온 이온성 액체, (c) 하나 이상의 용매에 용해된 하나 이상의 염 및 (d) 적어도 하나의 폴리머를 갖는 적어도 하나의 용매 중에 용해되어 겔 전해질을 형성하는 하나 이상의 염. 추가적으로, 상기 하나 이상의 염은 다음을 포함하는 것으로 정의된다: (a) 100℃ 이하의 온도에서 고체인 하나 이상의 염 및 (b) 100℃ 이하의 온도에서 액체인 하나 이상의 염.In some embodiments, the terms "electrolyte" or "electrolyte" or "electrolyte composition" or "ionic electrolyte" or "ionic conductive electrolyte" or "ionic conductive composition" or "ionic composition" Is defined herein as one or more of the following: (a) an ionic liquid, (b) a room temperature ionic liquid, (c) at least one salt dissolved in at least one solvent, and (d) at least one (A) one or more salts that are solid at a temperature of 100 DEG C or less, and (b) one or more salts that are solid at 100 DEG C or less and 100 DEG C or less At < / RTI >

몇몇 구현예들에 있어서, 본 발명은 대략 400℃까지, 더욱 통상적으로는 대략 375℃의 온도까지 열역학적 안정성을 나타내는 포스포늄 이온성 액체 및 포스포튬 전해질을 포함한다. 이렇게 높은 온도까지 열적 안정성을 나타내는 것은 상당한 발전이며, 이는 본 발명의 포스포늄 이온성 액체가 광범위한 응용 분야에서 사용되도록 한다. 본 발명의 포스포늄 이온성 액체 및 포스포늄 전해질의 구현예들은 실온에서 적어도 적어도 1 mS/cm, 또는 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm, 또는 적어도 15 mS/cm, 또는 적어도 20 mS/cm, 또는 적어도 30 mS/cm, 또는 적어도 40 mS/cm, 또는 적어도 50 mS/cm, 또는 적어도 60 mS/cm의 이온 전도도를 추가로 나타낸다. 본 발명의 포스포늄 이온성 액체 및 포스포늄 전해질의 구현예들은 이들의 질소계 유사체와 비교할 때, 약 20% 더 낮은 휘발성을 나타낸다. 이러한 높은 열적 안정성, 높은 이온 전도도, 넓은 액상선 범위 및 낮은 휘발성의 조합은 매우 바람직하고, 예기치 않은 것이었다. 일반적으로, 종래 기술에서는 이온성 액체의 열적 안정성 및 이온 전도도는 역관계를 나타내는 것으로 발견된다.In some embodiments, the present invention includes a phosphonium ionic liquid and a phospho electrolyte that exhibits thermodynamic stability to a temperature of up to about 400 ° C, and more typically about 375 ° C. It is a significant development to exhibit thermal stability to such a high temperature, which allows the phosphonium ionic liquid of the present invention to be used in a wide range of applications. Embodiments of the phosphonium ionic liquids and phosphonium electrolytes of the present invention may be at least at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm. Embodiments of the phosphonium ionic liquids and phosphonium electrolytes of the present invention exhibit about 20% lower volatility compared to their nitrogen based analogs. This combination of high thermal stability, high ionic conductivity, wide liquid line range and low volatility is highly desirable and unexpected. Generally, in the prior art, the thermal stability and ionic conductivity of ionic liquids are found to exhibit inverse relationships.

몇몇 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 및 포스포늄 전해질은 500 달톤 이하의 분자량을 갖는 양이온으로 구성된다. 다른 구현예들에 있어서, 더 낮은 열적 안정성 범위의 이온성 액체의 경우, 포스포늄 이온성 액체 및 포스포늄 전해질은 200 내지 500 달톤의 범위의 분자량을 갖는 양이온으로 구성된다.In some embodiments, the phosphonium ionic liquid and the phosphonium electrolyte are comprised of a cation having a molecular weight of less than or equal to 500 daltons. In other embodiments, in the case of ionic liquids with a lower thermal stability range, the phosphonium ionic liquid and the phosphonium electrolyte are composed of cations having a molecular weight in the range of 200 to 500 daltons.

본 발명의 포스포늄 이온성 조성물은 하기 일반식의 포스포늄계 양이온으로 구성된다:The phosphonium ionic composition of the present invention is composed of a phosphonium-based cation represented by the following general formula:

R1R2R3R4P (1)R 1 R 2 R 3 R 4 P (1)

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, 양이온은 개방 사슬로 구성된다.Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent. In some embodiments, the cation is comprised of an open chain.

몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 알킬기이다. 일 구현예에 있어서, 적어도 하나의 알킬기는 다른 2개의 알킬기와 상이하다. 일 구현예에 있어서, 알킬기 중 어느 것도 메틸이 아니다. 몇몇 구현예들에 있어서, 알킬기는 2개 내지 7개의 탄소 원자, 더욱 통상적으로 1개 내지 6개의 탄소 원자로 구성된다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 2개 내지 14개의 탄소 원자로 구성된 상이한 알킬기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, 상기 알킬기는 분지(branch)를 비포함한다. 일 구현예에 있어서, R1=R2이고, 지방족, 헤테로사이클릭 모이어티이다. 대안적으로, R1=R2이고, 방향족, 헤테로사이클릭 모이어티이다.In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group. In one embodiment, at least one alkyl group is different from the other two alkyl groups. In one embodiment, none of the alkyl groups is methyl. In some embodiments, the alkyl group consists of 2 to 7 carbon atoms, more typically 1 to 6 carbon atoms. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a different alkyl group consisting of 2 to 14 carbon atoms. In some embodiments, the alkyl group does not include a branch. In one embodiment, R 1 = R 2 and is an aliphatic, heterocyclic moiety. Alternatively, R 1 = R 2 and is an aromatic, heterocyclic moiety.

몇몇 구현예들에 있어서, R1 또는 R2는 페닐 또는 치환된 알킬 페닐로 구성된다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1 및 R2는 동일하고, 테트라메틸렌(포스폴란) 또는 펜타메틸렌(포스포리난)으로 구성된다. 대안적으로, R1 및 R2는 동일하고, 테트라메티닐(포스폴)로 구성된다. 추가적인 일 구현예에 있어서, R1 및 R2는 동일하고, 포스폴란 또는 포스포리난으로 구성된다. 추가적으로, 다른 구현예에 있어서, R2, R3 및 R4는 동일하고, 포스폴란, 포스포리난 또는 포스폴로 구성된다.In some embodiments, R 1 or R 2 is comprised of phenyl or substituted alkylphenyl. In some embodiments, R 1 and R 2 are the same and are composed of tetramethylene (phospholane) or pentamethylene (phospholane). Alternatively, R 1 and R 2 are the same and are composed of tetramethynyl (phosphol). In a further embodiment, R 1 and R 2 are the same and are comprised of a phospholane or a phospholane. Additionally, in other embodiments, R 2 , R 3, and R 4 are the same and consist of a phospholane, a phosphorolane, or a phosphole.

몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나 이상 또는 모두는 각각이 후술하는 산화환원 활성 분자(ReAM)와 반응할 수 있는 관능기를 함유하지 않도록 선택된다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나, 그 이상 또는 모두는 할라이드, 금속 또는 O, N, P 또는 Sb를 함유하지 않는다.In some embodiments, at least one or both of R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each selected so as not to contain a functional group capable of reacting with a redox active molecule (ReAM) described below. In some embodiments, at least one, more, or all of R 1 , R 2 , R 3, and R 4 do not contain halide, metal or O, N, P, or Sb.

몇몇 구현예들에 있어서, 알킬기는 1개 내지 7개의 탄소 원자를 포함한다. 다른 구현예들에 있어서, 모든 알킬기로부터의 전체 탄소 원자는 12개 이하이다. 또 다른 구현예들에 있어서, 알킬기는 각각 독립적으로 1개 내지 6개의 탄소 원자, 더욱 전형적으로, 1개 내지 5개의 탄소 원자로 구성된다.In some embodiments, the alkyl group contains 1 to 7 carbon atoms. In other embodiments, the total carbon atoms from all alkyl groups are 12 or less. In yet other embodiments, the alkyl groups are each independently comprised of 1 to 6 carbon atoms, more typically 1 to 5 carbon atoms.

다른 구현예에 있어서, 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성되고, 상기 하나 이상의 염은 하기 일반식의 하나 이상의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온을 포함하는 포스포늄 이온성 조성물이 제공된다:In another embodiment, the at least one salt is composed of at least one salt dissolved in a solvent, wherein the at least one salt is at least one phosphonium cation of the general formula: And a phosphonium ionic composition comprising at least one anion:

R1R2R3R4P (1)R 1 R 2 R 3 R 4 P (1)

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기, 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나, 후술하는 바와 같은 알킬기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, 1개 내지 6개의 탄소 원자, 더욱 통상적으로 1개 내지 4개의 탄소 원자로 구성된 알킬기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, 하나 이상의 R기들 중 하나 이상의 수소는 불소로 치환된다. 하나 이상의 상기 염은 모두 100℃ 이하의 온도에서 액체 또는 고체일 수 있다. 몇몇 구현예들에 있어서, 염은 하나의 양이온 및 하나의 음이온으로 구성된다. 다른 구현예들에 있어서, 염은 하나의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된다. 다른 구현예들에 있어서, 염은 하나의 음이온 및 다수의 양이온으로 구성된다. 추가적인 구현예들에 있어서, 염은 다수의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된다. 적절한 용매의 예시적인 구현예들은, 이에 한정되는 것은 아니나, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트 (EC), 프로필렌 카보네이트 (PC), 부틸렌 카보네이트 (BC), 디메틸 카보네이트 (DMC), 디에틸 카보네이트 (DEC), 에틸메틸 카보네이트 (EMC) 또는 메틸에틸 카보네이트 (MEC), 메틸 프로피오네이트 (MP), 플루오로에틸렌 카보네이트 (FEC), 플루오로벤젠 (FB), 비닐렌카보네이트 (VC), 비닐에틸렌 카보네이트 (VEC), 페닐에틸렌 카보네이트 (PhEC), 프로필메틸 카보네이트 (PMC), 디에톡시에탄 (DEE), 디메톡시에탄 (DME), 테트라하이드로푸란 (THF), γ-부티로락톤(GBL), γ-발레로락톤 (GVL) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a substituent, for example, but not limited to, an alkyl group as described later. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group comprised of one to six carbon atoms, more typically one to four carbon atoms. In some embodiments, at least one of the one or more R groups is substituted with fluorine. The one or more of the salts may all be liquid or solid at a temperature of 100 DEG C or lower. In some embodiments, the salt consists of one cation and one anion. In other embodiments, the salt consists of one cation and a number of anions. In other embodiments, the salt consists of one anion and a plurality of cations. In further embodiments, the salt is comprised of a plurality of cations and a plurality of anions. Exemplary embodiments of suitable solvents include but are not limited to acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC) , Phenylethylene carbonate (PhEC), propylmethyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), gamma -butyrolactone (GBL) 0.0 > (GVL). ≪ / RTI >

예시적인 일 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In an exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00001
Figure pct00001

다른 예시적인 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00002
Figure pct00002

또 다른 예시적인 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00003
Figure pct00003

추가적인 예시적인 일 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00004
Figure pct00004

추가적인 예시적인 일 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00005
Figure pct00005

추가적인 예시적인 일 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00006
Figure pct00006

추가적인 예시적인 일 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00007
Figure pct00007

다른 예시적인 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00008
Figure pct00008

추가적인 예시적인 일 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00009
Figure pct00009

또 다른 예시적인 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00010
Figure pct00010

또 다른 예시적인 구현예에 있어서, 포스포늄 양이온은 하기 화학식으로 구성된다:In another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure pct00011
Figure pct00011

다른 예시적인 구현예는 하기 화학식으로 이루어진 포스포늄 양이온을 제공한다:Another exemplary embodiment provides a phosphonium cation of the formula:

Figure pct00012
Figure pct00012

추가적으로, 하기 화학식으로 이루어진 포스포늄 양이온이 제공된다:In addition, there is provided a phosphonium cation of the formula:

Figure pct00013
Figure pct00013

몇몇 구현예들에 있어서, 적절한 포스포늄 양이온의 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 디-n-프로필 에틸 포스포늄; n-부틸 n-프로필 에틸 포스포늄; n-헥실 n-부틸 에틸 포스포늄; 등을 포함한다.In some embodiments, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, di-n-propylethylphosphonium; n-butyl n-propylethylphosphonium; n-hexyl n-butyl ethyl phosphonium; And the like.

다른 구현예들에 있어서, 적절한 포스포늄 양이온의 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 에틸 포스폴란; n-프로필 포스폴란; n-부틸 포스폴란; n-헥실 포스폴란; 및 페닐 포스폴란을 포함한다.In other embodiments, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, ethylphospholane; n-propylphospholane; n-butylphospholane; n-hexylphospholane; And phenylphospholanes.

추가적인 구현예들에 있어서, 적절한 포스포늄 양이온의 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 에틸 포스폴; n-프로필 포스폴, n-부틸 포스폴; n-헥실 포스폴; 및 페닐 포스폴을 포함한다.In further embodiments, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, ethyl phosphol; n-propylphosphole, n-butylphosphole; n-hexylphosphole; And phenylphosphole.

또 다른 구현예들에 있어서, 적절한 포스포늄 양이온의 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 1-에틸 포스파사이클로헥산; n-프로필 포스파사이클로헥산; n-부틸 포스파사이클로헥산; n-헥실 포스파사이클로헥산; 및 페닐 포스파사이클로헥산을 포함한다.In other embodiments, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, 1-ethylphosphacyclohexane; n-propylphosphacyclohexane; n-butylphosphacyclohexane; n-hexylphosphacyclohexane; And phenylphosphacyclohexane.

본 발명의 포스포늄 이온성 액체 또는 염은 양이온 및 음이온으로 구성된다. 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 매우 다양한 가능한 양이온 및 음이온의 조합이 있음이 이해될 것이다. 본 발명의 포스포늄 이온성 액체 또는 염은 전술한 양이온과, 하기 화학식의 시약 또는 용매와 쉽게 이온 교환되는 화합물로부터 일반적으로 선택된 음이온을 포함한다:The phosphonium ionic liquid or salt of the present invention consists of a cation and an anion. It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that there is a wide variety of possible combinations of cations and anions. The phosphonium ionic liquid or salt of the present invention comprises anions generally selected from compounds which are readily ion-exchanged with the abovementioned cations and reagents or solvents of the formula:

C+A- C + A -

여기서, C+는 양이온이고, A+는 음이온이다. 유기 용매의 예에서, C+는 바람직하게는, Li+, K+, Na+, NH4 + 또는 Ag+이다. 수성 액체의 예에서, C+는 바람직하게는 Ag+이다.Here, C + is a cation and A + is an anion. In the example of the organic solvent, C + is preferably Li + , K + , Na + , NH 4 + or Ag + . In the example of an aqueous liquid, C + is preferably Ag + .

많은 음이온들이 선택될 수 있다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 음이온은 비스-퍼플루오로메틸 술포닐 이미드이다. 적절한 음이온의 예시적인 구현예들은, 이에 한정되는 것은 아니나, NO3 -, O3SCF3 -, N(SO2CF3)2 -, PF6 -, O3SC6H4CH3 -, O3SCF2CF2CF3 -, O3SCH3 -, I-, C(CN)3 -, -O3SCF3, -N(SO2)2CF3, CF3BF3 -, -O3SCF2CF2CF3, SO4 2-, -O2CCF3, -O2CCF2CF2CF3 또는 -N(CN)2 중 임의의 하나 이상을 포함한다.Many negative ions can be selected. In a preferred embodiment, the anion is bis-perfluoromethylsulfonyl imide. Exemplary embodiments of suitable anions include, but are not limited to, NO 3 - , O 3 SCF 3 - , N (SO 2 CF 3 ) 2 - , PF 6 - , O 3 SC 6 H 4 CH 3 - , O 3 SCF 2 CF 2 CF 3 - , O 3 SCH 3 -, I -, C (CN) 3 -, - O 3 SCF 3, - N (SO 2) 2 CF 3, CF 3 BF 3 -, - O 3 It includes N (CN) than any one of 2 - SCF 2 CF 2 CF 3 , SO 4 2-, - O 2 CCF 3, - O 2 CCF 2 CF 2 CF 3 or.

몇몇 구현예들에 있어서, 본 발명의 포스포늄 이온성 액체 또는 염은 단일 양이온-음이온 쌍으로 구성된다. 대안적으로, 2 이상의 포스포늄 이온성 액체 또는 염이 사용되어 공통의 이성분계(binary), 혼합된 이성분계, 공통의 삼성분계(ternary), 혼합된 삼성분계 등을 형성할 수 있다. 이성분계, 삼성분계 등의 조성 범위는 각각의 구성 양이온 및 각각의 구성 음이온에 대하여 1 ppm부터 999,999 ppm까지 포함할 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 하나 이상의 염으로 구성되고, 상기 염은 100℃의 온도에서 액체 또는 고체일 수 있다. 몇몇 구현예들에 있어서, 염은 단일 양이온-음이온 쌍으로 구성된다. 다른 구현예들에 있어서, 염은 하나의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된다. 다른 구현예들에 있어서, 염은 하나의 음이온 및 다수의 양이온으로 구성된다. 또 다른 구현예들에 있어서, 염은 다수의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된다.In some embodiments, the phosphonium ionic liquid or salt of the present invention is comprised of a single cation-anion pair. Alternatively, two or more phosphonium ionic liquids or salts may be used to form a common binary, a mixed binary, a common ternary, a mixed ternary system, and the like. The composition ranges of the binary and ternary systems can range from 1 ppm to 999,999 ppm for each constituent cation and each constituent anion. In another embodiment, the phosphonium electrolyte is composed of one or more salts dissolved in a solvent, and the salts may be liquid or solid at a temperature of 100 ° C. In some embodiments, the salt consists of a single cation-anion pair. In other embodiments, the salt consists of one cation and a number of anions. In other embodiments, the salt consists of one anion and a plurality of cations. In yet other embodiments, the salt comprises a plurality of cations and a plurality of anions.

본 발명의 몇몇 구현예에 따른 전해질 조성물은 본 명세서와 동시에 출원되어 같이 계류 중인 미국 특허 출원 번호__________________(대리인 도킷 번호 057472-058)에 추가로 기재되어 있고, 그 전체 개시는 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. Electrolyte compositions according to some embodiments of the present invention are described further in co-pending U.S. Patent Application No. ______________________________________________ (Attorney Docket No. 057472-058), filed concurrently herewith, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference Lt; / RTI >

바람직한 일 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 1A 및 1B에 나타난 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다. 다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 전해질은 하기 표 1C, 1D, 1E 및 1F에 나타난 양이온 및 음이온으로 구성된다. 명확성을 위해, 화학식에서 전하의 표시는 생략하였다.In a preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition consists of a combination of cations and anions as shown in Tables 1A and 1B below. In another preferred embodiment, the phosphonium electrolyte consists of the cations and anions shown in Tables 1C, 1D, 1E and 1F below. For clarity, the representation of the charge in the formula is omitted.

표 1A는 공통의 양이온을 갖는 음이온 이성분계의 예를 예시한다:Table 1A illustrates an example of an anionic bicomponent having a common cation:

[표 1A][Table 1A]

Figure pct00014
Figure pct00014

표 1B는 양이온 및 음이온의 조합의 예를 예시한다:Table 1B illustrates examples of combinations of cations and anions:

[표 1B][Table 1B]

Figure pct00015
Figure pct00015

다른 구현예에 있어서, 포스포늄 전해질은 하기 표 1C-1 내지 1C-3에 나타난 양이온을 갖는 염으로 구성된다:In other embodiments, the phosphonium electrolyte is comprised of salts having the cations shown in Table 1C-1 to 1C-3 below:

[표 1C-1][Table 1C-1]

Figure pct00016
Figure pct00016

[표 1C-2][Table 1C-2]

Figure pct00017
Figure pct00017

[표 1C-3][Table 1C-3]

Figure pct00018
Figure pct00018

다른 구현예에 있어서, 포스포늄 전해질은 하기 표 1D-1 내지 1D-4에 나타난 음이온을 갖는 염으로 구성된다:In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt having an anion as shown in Tables 1D-1 to 1D-4 below:

[표 1D-1][Table 1D-1]

Figure pct00019
Figure pct00019

[표 1D-2][Table 1D-2]

Figure pct00020
Figure pct00020

[표 1D-3][Table 1D-3]

Figure pct00021
Figure pct00021

[표 1D-4][Table 1D-4]

Figure pct00022
Figure pct00022

추가적인 구현예들에 있어서, 포스포늄 전해질 조성물은 하기 표 1E-1 내지 1E-4에 나타난 양이온 및 음이온의 조합을 갖는 염으로 구성된다:In further embodiments, the phosphonium electrolyte composition is comprised of a salt having a combination of cations and anions as shown in the following Tables 1E-1 to 1E-4:

[표 1E-1][Table 1E-1]

Figure pct00023
Figure pct00023

[표 1E-2][Table 1E-2]

Figure pct00024
Figure pct00024

[표 1E-3][Table 1E-3]

Figure pct00025
Figure pct00025

[표 1E-4][Table 1E-4]

Figure pct00026
Figure pct00026

몇몇 구현예들에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 하기 화학식의 하나 이상의 양이온:In some embodiments, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt is at least one cation of the formula:

P(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y (x, y = 0 내지 4; x+y ≤ 4) P (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 4-xy (x, y = 0 to 4; x + y ≤ 4)

P(CF3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y (x, y = 0 내지 4; x+y ≤ 4) P (CF 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 4-xy (x, y = 0 to 4; x + y ≤ 4)

P(-CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y (x, y = 0 내지 2; x+y ≤ 2) P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -) (CH 3 CH 2 CH 2) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 2-xy (x, y = 0 to 2; x + y ≤ 2 )

P(-CH2CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y (x, y = 0 내지 2; x+y ≤ 2); 및 P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -) (CH 3 CH 2 CH 2) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 2-xy (x, y = 0 to 2; x + y 2); And

하기 화학식의 하나 이상의 음이온:At least one anion of the formula:

(CF3)xBF4 -x (x= 0 내지 4)(CF 3 ) x BF 4 -x (x = 0 to 4)

(CF3(CF2)n)xPF6 -x (n= 0 내지 2; x= 0 내지 4)(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6 -x (n = 0 to 2; x = 0 to 4)

(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2 -x (n=0 내지 2; x= 0 내지 2)(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2 -x (n = 0 to 2; x = 0 to 2)

(-OCO(CF2)nCOO-)(CF3)xBF2 -x (n=0 내지 2; x= 0 내지 2) (-OCO (CF 2) n COO -) (CF 3) x BF 2 -x (n = 0 to 2; x = 0 to 2)

(-OCO(CH2)nCOO-)2B (n=0 내지 2)(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (n = 0 to 2)

(-OCO(CF2)nCOO-)2B (n=0 내지 2) (-OCO (CF 2) n COO- ) 2 B (n = 0 to 2)

(-OOR)x(CF3)BF3 -x (x= 0 내지 3) (-OOR) x (CF 3) BF 3 -x (x = 0 to 3)

(-OCOCOCOO-)(CF3)xBF2 -x (x= 0 내지 2) (-OCOCOCOO -) (CF 3) x BF 2 -x (x = 0 to 2)

(-OCOCOCOO-)2B(-OCOCOCOO-) 2 B

(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2 -x (x= 0 내지 2) (-OSOCH 2 SOO -) (CF 3) x BF 2 -x (x = 0 to 2)

(-OSOCF2SOO-)(CF3)xBF2 -x (x= 0 내지 2)(-OSOCF 2 SOO -) (CF 3 ) x BF 2 -x (x = 0 to 2)

(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6 -2x-y (x = 1 내지 3; y = 0 내지 4; 2x+y ≤ 6);으로 구성된다. (-OCOCOO-) x (CF 3) y PF 6 -2x-y consists of; (x = 1 to 3; y = 0 to 4; 2x + y ≤ 6) .

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 하기 화학식의 하나 이상의 양이온:In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt is at least one cation of the formula:

P(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y (여기서 x, y = 0 내지 4; x+y ≤ 4); 및 P (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 4-xy ( where x, y = 0 to 4; x + y ≤ 4) ; And

하기 화학식의 하나 이상의 음이온:At least one anion of the formula:

(CF3)xBF4 -x (여기서, x= 0 내지 4) (CF 3) x BF 4 -x ( where, x = 0 to 4)

(CF3(CF2)n)xPF6 -x (여기서, n= 0 내지 2; x= 0 내지 4)(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 4)

(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, n=0 내지 2; x= 0 내지 2)(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 2)

(-OCO(CH2)nCOO-)2B (여기서, n=0 내지 2) (-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)

(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, x= 0 내지 2)(-OSOCH 2 SOO -) (CF 3 ) x BF 2 -x (where x = 0 to 2)

(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6 -2x-y (x = 1 내지 3; y = 0 내지 4; 2x+y ≤ 6);으로 구성된다. (-OCOCOO-) x (CF 3) y PF 6 -2x-y consists of; (x = 1 to 3; y = 0 to 4; 2x + y ≤ 6) .

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 하기 화학식의 하나 이상의 양이온:In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt is at least one cation of the formula:

P(-CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y (여기서, x, y = 0 내지 2; x+y ≤ 2) P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -) (CH 3 CH 2 CH 2) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 2-xy ( where, x, y = 0 to 2; x + y ≤ 2)

P(-CH2CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y (여기서, x, y = 0 내지 2; x+y ≤ 2); 및 P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -) (CH 3 CH 2 CH 2) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 2-xy ( where, x, y = 0 to 2; x + y < / = 2); And

하기 화학식의 하나 이상의 음이온:At least one anion of the formula:

(CF3)xBF4 -x (여기서, x= 0 내지 4) (CF 3) x BF 4 -x ( where, x = 0 to 4)

(CF3(CF2)n)xPF6 -x (여기서, n= 0 내지 2; x= 0 내지 4)(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 4)

(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, n=0 내지 2; x= 0 내지 2)(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 2)

(-OCO(CH2)nCOO-)2B (여기서, n=0 내지 2) (-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)

(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, x= 0 내지 2)(-OSOCH 2 SOO -) (CF 3 ) x BF 2 -x (where x = 0 to 2)

(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6 -2x-y (x = 1 내지 3; y = 0 내지 4; 2x+y ≤ 6);으로 구성된다. (-OCOCOO-) x (CF 3) y PF 6 -2x-y consists of; (x = 1 to 3; y = 0 to 4; 2x + y ≤ 6) .

일 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되며, 상기 염은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 음이온으로 구성된다: PF6, (CF3)3PF3, (CF3)4PF2, (CF3CF2)4PF2, (CF3CF2CF2)4PF2, (-OCOCOO-)PF4, (-OCOCOO-)(CF3)3PF, (-OCOCOO-)3P, BF4, CF3BF3, (CF3)2BF2, (CF3)3BF, (CF3)4B, (-OCOCOO-)BF2, (-OCOCOO-)BF(CF3), (-OCOCOO-)(CF3)2B, (-OSOCH2SOO-)BF2, (-OSOCF2SOO-)BF2, (-OSOCH2SOO-)BF(CF3), (-OSOCF2SOO-)BF(CF3), (-OSOCH2SOO-)B(CF3)2, (-OSOCF2SOO-)B(CF3)2, CF3SO3, (CF3SO2)2N, (-OCOCOO-)2PF2, (CF3CF2)3PF3, (CF3CF2CF2)3PF3, (-OCOCOO-)2B, (-OCO(CH2)nCOO-)BF(CF3), (-OCOCR2COO-)BF(CF3), (-OCOCR2COO-)B(CF3)2, (-OCOCR2COO-)2B, CF3BF(-OOR)2, CF3B(-OOR)3, CF3B(-OOR)F2, (-OCOCOCOO-)BF(CF3), (-OCOCOCOO-)B(CF3)2, (-OCOCOCOO-)2B, (-OCOCR1R2CR1R2COO-)BF(CF3) 및 (-OCOCR1R2CR1R2COO-)B(CF3)2(여기서, R, R1 및 R2은 각각 독립적으로 H 또는 F이다).In one embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt consists of at least one anion selected from the group consisting of: PF 6 , (CF 3 ) 3 PF 3 , (CF 3 ) 4 PF 2, (CF 3 CF 2) 4 PF 2, (CF 3 CF 2 CF 2) 4 PF 2, (-OCOCOO-) PF 4, (-OCOCOO -) (CF 3) 3 PF, (-OCOCOO -) 3 P, BF 4, CF 3 BF 3, (CF 3) 2 BF 2, (CF 3) 3 BF, (CF 3) 4 B, (-OCOCOO-) BF 2, (-OCOCOO-) BF ( CF 3), (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B, (-OSOCH 2 SOO-) BF 2, (-OSOCF 2 SOO-) BF 2, (-OSOCH 2 SOO-) BF (CF 3), ( -OSOCF 2 SOO-) BF (CF 3 ), (-OSOCH 2 SOO-) B (CF 3) 2, (-OSOCF 2 SOO-) B (CF 3) 2, CF 3 SO 3, (CF 3 SO 2 ) 2 N, (-OCOCOO-) 2 PF 2, (CF 3 CF 2) 3 PF 3, (CF 3 CF 2 CF 2) 3 PF 3, (-OCOCOO-) 2 B, (-OCO (CH 2) n COO-) BF (CF 3) , (-OCOCR 2 COO-) BF (CF 3), (-OCOCR 2 COO-) B (CF 3) 2, (-OCOCR 2 COO-) 2 B, CF 3 BF (-OOR) 2, CF 3 B (-OOR) 3, CF 3 B (-OOR) F 2, (-OCOCOCOO-) BF (CF 3), (-OCOCOCOO-) B (CF 3) 2, (- OCOCOCOO-) 2 B, (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) BF (CF 3 ) and (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) B (CF 3 ) 2 wherein R, R 1 and R 2 are each independently H or F.

일 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 화학식 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P+의 양이온; 및In one embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt is a cation of the formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P + ; And

화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다.Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 화학식 (CH3)(CH3CH2)3P+의 양이온; 및In other embodiments, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt of the formula (CH 3) (CH 3 CH 2) 3 P + of the cation; And

화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다.Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 화학식 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)3P+의 양이온; 및In other embodiments, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt of the formula (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) 3 P + of the cation; And

화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다.Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 화학식 (CH3CH2CH2)3(CH3)P+의 양이온; 및In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt is a cation of the formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3 ) P + ; And

화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다.Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 화학식 (CH3CH2CH2)3(CH3CH2)P+ 의 양이온; 및In other embodiments, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt of the formula (CH 3 CH 2 CH 2) 3 (CH 3 CH 2) P + cations; And

화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다.Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 화학식 (CH3CH2CH2)2(CH3CH2)(CH3)P+의 양이온; 및In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt is a cation of the formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) 2 (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) P + ; And

화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다.Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.

다른 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 화학식 (CH3CH2)4P+의 양이온; 및In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, wherein the salt is a cation of the formula (CH 3 CH 2 ) 4 P + ; And

화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다.Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.

추가적인 일 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 상기 염은 1:3:1 몰비의 (CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P /(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)P의 양이온; 및 화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된다. 몇몇 구현예들에 있어서, 상기 음이온은 BF4 - 및 CF3BF3 -의 혼합물로 구성되고, [BF4 -]:[CF3BF3 -] 농도의 몰비는 100/1 내지 1/1 범위이다. 다른 구현예들에 있어서, 상기 음이온은 PF6 - 및 CF3BF3 -의 혼합물로 구성되고, [PF6 -]:[CF3BF3 -] 농도의 몰비는 100/1 내지 1/1의 범위이다. 다른 추가적인 구현예들에 있어서, 상기 음이온은 PF6 - 및 BF4 -의 혼합물로 구성되고, [PF6 -]:[BF4 -] 농도의 몰비는 100/1 내지 1/1의 범위이다.In a further embodiment, the phosphonium electrolyte is the salt consists of the salt dissolved in a solvent, a 1: 3: 1 molar ratio of (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P; And the general formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - or a combination thereof. In some embodiments, the anion is comprised of a mixture of BF 4 - and CF 3 BF 3 - and the molar ratio of [BF 4 - ]: [CF 3 BF 3 - ] ranges from 100/1 to 1/1 to be. In other embodiments, the anion is composed of a mixture of PF 6 - and CF 3 BF 3 - and the molar ratio of [PF 6 - ]: [CF 3 BF 3 - ] is in the range of 100/1 to 1/1 Range. In other further embodiments, the anion PF 6 - and BF 4 - consists of a mixture of, [PF 6 -]: [ BF 4 -] The molar ratio of the concentration in the range of 100/1 to 1/1.

다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 2에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition consists of a combination of cations and anions as shown in Table 2 below:

[표 2][Table 2]

Figure pct00027
Figure pct00027

다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 3에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition comprises a combination of cations and anions as shown in Table 3 below:

[표 3][Table 3]

Figure pct00028
Figure pct00028

추가적인 바람직한 일 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 4에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In a further preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition consists of a combination of cations and anions as shown in Table 4 below:

[표 4][Table 4]

Figure pct00029
Figure pct00029

또 다른 추가적인 바람직한 일 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 5에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another further preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition comprises a combination of cations and anions as shown in Table 5 below:

[표 5][Table 5]

Figure pct00030
Figure pct00030

다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 6에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is comprised of a combination of cations and anions as shown in Table 6 below:

[표 6][Table 6]

Figure pct00031
Figure pct00031

다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 7에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is comprised of a combination of cations and anions as shown in Table 7 below:

[표 7][Table 7]

Figure pct00032
Figure pct00032

다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 8에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is comprised of a combination of cations and anions as shown in Table 8 below:

[표 8][Table 8]

Figure pct00033
Figure pct00033

다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 9에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition consists of a combination of cations and anions as shown in Table 9 below:

[표 9][Table 9]

Figure pct00034
Figure pct00034

다른 바람직한 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 조성물은 하기 표 10에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된다:In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is comprised of a combination of cations and anions as shown in Table 10 below:

[표 10][Table 10]

Figure pct00035
Figure pct00035

추가적인 바람직한 구현예들은 하기 표 11에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된 포스포늄 이온성 액체 조성물을 포함한다:Additional preferred embodiments include a phosphonium ionic liquid composition consisting of a combination of cations and anions as shown in Table 11 below:

[표 11][Table 11]

Figure pct00036
Figure pct00036

하기 표 12에 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된 포스포늄 이온성 액체 조성물의 추가적인 바람직한 구현예들이 제공된다:Further preferred embodiments of the phosphonium ionic liquid composition consisting of combinations of cations and anions as shown in Table 12 below are provided:

[표 12][Table 12]

Figure pct00037
Figure pct00037

다른 바람직한 예시적인 구현예는 하기 표 13에서 나타난 바와 같은 양이온 및 음이온의 조합으로 구성된 포스포늄 이온성 액체 조성물을 포함한다:Other preferred exemplary embodiments include a phosphonium ionic liquid composition consisting of a combination of cations and anions as shown in Table 13 below:

[표 13][Table 13]

Figure pct00038
Figure pct00038

몇몇 구현예들에 있어서, 적절한 포스포늄 이온성 액체 조성물의 추가적인 예들은, 이에 한정되는 것은 아니나, 디-n-프로필 에틸 메틸 포스포늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-부틸 n-프로필 에틸 메틸 포스포늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-헥실 n-부틸 에틸 메틸 포스포늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; 등을 포함한다.In some embodiments, additional examples of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, di-n-propylethyl methylphosphonium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-butyl n-propylethyl methylphosphonium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexyl n-butylethylmethylphosphonium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; And the like.

적절한 포스포늄 이온성 액체 조성물의 예시적인 예들은, 이에 한정되는 것은 아니나, 1-에틸-1-메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-프로필 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-부틸 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-헥실 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; 및 페닐 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드를 더 포함한다. Illustrative examples of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, 1-ethyl-1-methylphosphoraniumbis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-propylmethylphosphoraniumbis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-butyl methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexyl methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; And phenyl methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide.

다른 구현예에 있어서, 적절한 포스포늄 이온성 액체 조성물의 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 1-에틸-1-메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-프로필 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-부틸 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-헥실 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; 및 페닐 메틸 포스폴라늄 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드를 포함한다. In other embodiments, examples of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, 1-ethyl-1-methylphosphoraniumbis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-propylmethylphosphoraniumbis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-butyl methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexyl methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; And phenyl methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide.

적절한 포스포늄 이온성 액체 조성물의 추가적인 예시적인 구현예들은, 이에 한정되는 것은 아니나, 1-에틸-1-메틸 포스파사이클로헥산 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-프로필 메틸 포스파사이클로헥산 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-부틸 메틸 포스파사이클로헥산 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; n-헥실 메틸 포스파사이클로헥산 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드; 및 페닐 메틸 포스파사이클로헥산 비스-(트리플루오로메틸 술포닐) 이미드를 포함한다.Additional exemplary embodiments of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, 1-ethyl-1-methylphosphacyclohexane bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-propylmethylphosphacyclohexane bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-butyl methylphosphacyclohexane bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexyl methylphosphacyclohexane bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; And phenylmethylphosphocyclohexane bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide.

몇몇 구현예들에 따르면, 본 발명의 포스포늄 이온성 액체는 또한 하나 이상의 고형분(solids) 또는 고체(solid) 및 액체로부터 공융물(eutectic)을 형성할 수 있다. 이러한 예에서, 용어 "이온성 액체"는 이온성 고형분 또는 이온성 액체 및 이온성 고체로부터의 공융물, 예를 들어, 이성분계, 삼성분계 등을 포함하는 것으로 더 정의된다.
According to some embodiments, the phosphonium ionic liquid of the present invention may also form one or more solids or solid and eutectic from liquid. In this example, the term "ionic liquid" is further defined to include eutectic solids from ionic solids or ionic liquids and ionic solids, e.g., bidentate, ternary, and the like.

산화환원 활성(Redox activity ( redoxredox -active) 분자-active) molecule

본 명세서에 기술된 본 발명의 포스포늄 이온성 액체는 광범위한 하이브리드 부품 및/또는 장치, 예를 들어, 메모리 장치 및 소자를 합성하는데 사용될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 있어서, 본 명세서의 포스포늄 이온성 액체는 정보가 산화환원 정보 저장 분자에 저장되는 분자 메모리 장치를 형성하는데 사용된다.The phosphonium ionic liquids of the present invention described herein can be used to synthesize a wide variety of hybrid components and / or devices, such as memory devices and devices. In one exemplary embodiment, the phosphonium ionic liquid herein is used to form a molecular memory device in which the information is stored in a redox information storage molecule.

본 명세서에서, 용어 "산화환원 활성 분자(ReAM)"은 예를 들어, 적절한 전압의 인가에 의해 산화될 수 있는 또는 환원될 수 있는 분자 또는 분자의 성분을 지칭하는 것을 의미한다. 후술하는 바와 같이, ReAM은 포르피린 및 포르피린 유도체를 포함하는 매크로사이클에 한정되는 것은 아니고, 비-매크로사이클릭 화합물도 포함할 수 있으며, 예를 들어, 본 명세서에서 기술된 바와 같은 샌드위치 화합물을 포함할 수 있다. 특정 구현예들에 있어서, 예를 들어, 다이아드(dyad) 또는 트리아드(triad)의 경우, ReAM은 다수의 서브유닛을 포함할 수 있다. ReAM은 페로센, Bipy, PAH, 비올로겐(viologen) 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 후술하는 바와 같이, 본 발명에서 유용한 몇 가지 유형의 ReAM이 있는데, 이들은 모두 여러자리(polydentate) 프로리간드를 기초로 하며, 이는 매크로사이클릭 모이어티 및 비-매크로사이클릭 모이어티를 포함한다. 적절한 치환체 뿐만 아니라 수많은 적합한 프로리간드 및 착물이 미국 특허 번호 제6,212,093호; 제6,728,129호; 제6,451,942호; 제6,777,516호; 제6,381,169호; 제6,208,553호; 제6,657,884호; 제6,272,038호; 제6,484,394호; 및 미국 출원 일련번호 제10/040,059호; 제10/682,868호; 제10/445,977호; 제10/834,630호; 제10/135,220호; 제10/723,315호; 제10/456,321호; 제10/376,865호에서 설명되며, 이들 모두, 특히 이들 문헌에 개시된 구조 및 설명은 인용에 의해 본 명세서에 명시적으로 통합된다. As used herein, the term "redox active molecule (ReAM) " refers to a molecule or molecule component that can be oxidized or reduced, for example, by the application of an appropriate voltage. As discussed below, ReAM is not limited to macrocycles comprising porphyrin and porphyrin derivatives, but may also include non-macrocyclic compounds, including, for example, sandwich compounds as described herein . In certain embodiments, for example, in the case of a dyad or a triad, the ReAM may comprise multiple subunits. ReAM can include ferrocene, Bipy, PAH, viologen, and the like. Generally, as described below, there are several types of ReAMs useful in the present invention, all based on polydentate proligands, which include macrocyclic moieties and non-macrocycled moieties do. Numerous suitable proligand and complexes as well as suitable substituents are disclosed in U.S. Patent Nos. 6,212,093; 6,728,129; 6,451, 942; 6,777,516; 6,381,169; 6,208,553; 6,657,884; 6,272,038; 6,484, 394; And U.S. Serial No. 10 / 040,059; 10 / 682,868; 10 / 445,977; 10 / 834,630; 10 / 135,220; 10 / 723,315; 10 / 456,321; 10 / 376,865, both of which are specifically incorporated herein by reference, in particular the structures and descriptions disclosed in these documents.

적절한 프로리간드는 2개의 카테고리에 속한다: 배위 원자로서 질소, 산소, 황, 탄소 또는 인 원자를 사용(금속 이온에 따라 달라짐)하는 리간드(일반적으로, 문헌에서는 시그마(σ) 주개(donor)로 지칭됨); 및 유기금속 리간드, 예를 들어 메탈로센 리간드(일반적으로, 문헌에서는 파이(π) 주개로 지칭되고, 본 명세서에서 Lm으로 설명됨).Suitable proligands belong to two categories: ligands which use nitrogen, oxygen, sulfur, carbon or phosphorus atoms (depending on the metal ion) as coordinating atoms (generally referred to in the literature as sigma sigma donors) being); And organometallic ligands, such as metallocene ligands (generally referred to in the literature as pi (pi), and described herein as Lm).

뿐만 아니라, 단일 ReAM은 2개 이상의 산화환원 활성을 가질 수 있다. 예를 들어, 미국 공개 번호 2007/0108438의 도 13a는 2개의 산화환원 활성 서브유닛으로서 포르피린(금속 없이 도시됨) 및 페로센을 보여준다. 유사하게는, 샌드위치 배위 화합물이 단일 ReAM으로 고려된다. 이는 이러한 ReAM이 모노머로서 중합되는 경우와 구별하기 위함이다. 뿐만 아니라, 본 발명의 금속 이온/착물은 본 명세서에서 일반적으로 설명되지 않은 상대 이온과 회합될 수 있다
In addition, a single ReAM can have two or more oxidation-reduction activities. For example, Figure 13a of U.S. Publication No. 2007/0108438 shows porphyrins (shown without a metal) and ferrocene as two redox active subunits. Similarly, a sandwich coordination compound is considered a single ReAM. This is to distinguish the case where such ReAM is polymerized as a monomer. In addition, the metal ion / complexes of the present invention can be associated with counter ions that are not generally described herein

매크로사이클릭Macro cyclic click 리간드( Ligand ( MacrocyclicMacrocyclic LigandsLigands ))

일 구현예에 있어서, ReAM은 매크로사이클릭 리간드이고, 이는 매크로사이클릭 프로리간드 및 매크로사이클릭 착물 모두를 포함한다. 본 명세서에서, "매크로사이클릭 프로리간드"는 금속 이온과 결합할 수 있도록 배향되고, 금속 원자를 둘러싸기에 충분히 큰 주개 원자(본 명세서에서 때때로 "배위 원자"로서 지칭됨)를 함유한 사이클릭 화합물을 의미한다. 일반적으로, 주개 원자는 헤테로원자이고, 상기 헤테로 원자는 질소, 산소 및 황을 포함하나 이에 제한되지는 않으며, 전자가 특히 선호된다. 그러나, 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 여러 가지 금속 이온이 여러 가지 헤테로원자에 바람직하게 결합할 수 있고, 따라서 사용되는 헤테로원자는 요구되는 금속 이온 따라 달라질 수 있음이 이해될 것이다. 추가로, 몇몇 구현예에 있어서, 단일 매크로사이클릭는 여러 종류의 헤테로원자를 함유할 수 있다. In one embodiment, ReAM is a macrocyclic ligand, which includes both a macrocyclic prolyl ligand and a macrocyclic complex. As used herein, the term "macrocyclic prolylide" refers to a cyclic compound that is oriented to bind a metal ion and contains a donor atom (sometimes referred to herein as "coordination atom" . Generally, the donor atom is a heteroatom and the heteroatom includes, but is not limited to, nitrogen, oxygen, and sulfur, with electrons being particularly preferred. It will be appreciated, however, by one of ordinary skill in the art that various metal ions may be bonded to various heteroatoms, and thus the heteroatoms used may vary depending upon the metal ion required. Additionally, in some embodiments, a single macrocyclic may contain several types of heteroatoms.

"매크로사이클릭 착물"은 적어도 하나의 금속 이온을 갖는 매크로사이클릭 프로리간드이고; 몇몇 구현예에서 매크로사이클릭 착물은 단일의 금속 이온을 포함하나, 후술되는 바와 같이, 다핵성(polynucleate) 매크로사이클릭 착물을 포함하는 다핵성 착물 또한 고려된다."Macrocyclic complex" is a macrocyclic prolyl ligand having at least one metal ion; In some embodiments, macrocyclic complexes include a single metal ion, but also polynuclear complexes, including polynucleate macrocyclic complexes as discussed below, are also contemplated.

매우 다양한 매크로사이클릭 프로리간드의 용도가 본 발명에서 발견되고, 이는 전자적으로 공액된 것들 및 그렇지 않을 수 있는 것들을 포함하나; 본 발명의 매크로사이클릭 프로리간드는 바람직하게는 적어도 하나, 바람직하게는 특히 중요한 4, 6 및 8 개의 산화 상태를 갖는 2 개 이상의 산화 상태를 갖는다.The use of a wide variety of macrocyclic pro-ligands is found in the present invention, including those that are electronically conjugated and not; The macrocyclic prolyl ligands of the present invention preferably have at least one, and preferably two or more oxidation states with 4, 6 and 8 oxidation states of particular importance.

적절한 매크로사이클릭 프로리간드의 개략도가 미국 공개공보 제2007/0108438호의 도 11 및 14에서 도시되고 기술되고, 그 전체는 도 11 및 14 이외에도 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. 이 구현예에 있어서, 대략적으로 포피린계인, 16 원 고리(membered ring) (-X-모이어티가 단일 원자, 탄소와 헤테로 원자 중 하나를 함유하는 경우), 17 원 고리 (-X-모이어티 중 하나가 2 개의 골격 원자(skeletal atom)를 함유하는 경우), 18 원 고리 (-X-모이어티 중 2 개가 2 개의 골격 원자를 함유하는 경우), 19 원 고리 (-X-모이어티 중 3 개가 2 개의 골격 원자를 함유하는 경우), 또는 20 원 고리 (-X-모이어티 중 4 개 모두가 2 개의 골격 원자를 함유하는 경우) 모두가 고려된다. 각각의 -X-기는 독립적으로 선택된다. -Q- 모이어티는, 골격 -C-헤테로원자-C(탄소 및 헤테로원자를 독립적으로 연결하는 단일 결합과 이중 결합 중 하나를 가짐)와 함께, 독립적으로 선택된 R2 기로 1 또는 2(5 원 고리의 경우) 또는 1, 2, 또는 3(6 원 고리의 경우) 개가 선택적으로 치환된 5 또는 6 원 고리를 이룬다. 몇몇 구현예에 있어서, 고리, 결합 및 치환기는 상기 화합물이 전자적으로 공액됨을 낳도록, 최소한도로 적어도 2 개의 산화 상태를 갖도록 선택된다. A schematic diagram of a suitable macrocyclic prolyligand is shown and described in Figures 11 and 14 of U.S. Publication No. 2007/0108438, the entirety of which is incorporated herein by reference in addition to Figures 11 and 14. In this embodiment, a 16-membered ring, approximately a porphyrin system (where the -X-moiety contains a single atom, one of carbon and a heteroatom), a 17-membered ring (of the -X- (If two of the -X-moieties contain two skeletal atoms), a 19-membered ring (three of the -X-moieties, if one contains two skeletal atoms), a 18-membered ring Two skeletal atoms), or a 20-membered ring (when all four of the -X-moieties contain two skeletal atoms) are contemplated. Each -X- group is independently selected. The -Q- moiety is optionally substituted with 1 or 2 (5 membered rings < RTI ID = 0.0 > , Or 1, 2, or 3 (in the case of a 6-membered ring) are optionally substituted 5 or 6 membered rings. In some embodiments, rings, bonds and substituents are selected to have at least two oxidation states to a minimum, such that the compounds result in electron conjugation.

몇몇 구현예에 있어서, 본 발명의 매크로사이클릭 프로리간드는 포피린(구체적으로 아래 정의된 바와 같은 포피린 유도체), 및 사이클렌(cyclen) 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
In some embodiments, the macrocyclic prolyl ligand of the present invention is selected from the group consisting of porphyrin (specifically porphyrin derivatives as defined below), and cyclen derivatives.

포피린Porphyrin

본 발명에 적절한, 매크로사이클릭의 특히 선호되는 서브세트는 포피린 유도체를 포함하는 포피린이다. 그러한 유도체는 포피린 핵에 오르쏘-접합(ortho-fused)되거나, 또는 오르쏘-페리접합된(ortho-perifused) 여분의 고리를 가진 포피린, 포피린 고리의 하나 이상의 탄소 원자가 또 다른 원소의 원자에 의해 치환(골격 치환)된 포피린, 포피린 고리의 질소 원자가 또 다른 원소의 원자에 의해 치환(질소의 골격 치환)된 유도체, 수소 이외에 포피린의 주변(peripheral) 메조-, 3- 또는 핵 원자에 위치한 치환기를 갖는 유도체, 포피린의 하나 이상의 결합이 포화된 유도체(하이드로포피린, 예를 들어 클로린(chlorins), 박테리오클로린, 이소박테리오클로린, 데카하이드로포피린, 코르핀(corphins), 피로코르핀(pyrrocorphins) 등), 포피린 고리에 삽입된 하나 이상의 원자(피롤 및 피로메텐(pyrromethenyl) 단위를 포함)를 갖는 유도체(확장 포피린), 포피린 고리에서 하나 이상의 기(group)가 제거된 유도체(수축 포피린, 예를 들어, 코린(corrin), 코롤(corrole)) 및 전술한 유도체의 조합(예를 들어, 프탈로시아닌, 서브-프탈로시아닌, 및 포피린 이성질체)을 포함한다. 추가적으로 적절한 포피린 유도체는 에티오필린(etiophyllin), 피로포피린(pyrroporphyrin), 로도포피린(rhodoporphyrin), 필로포피린(phylloporphyrin), 필로에리트린(phylloerythrin), 클로로필 a 및 b를 포함하는 클로로필기뿐만 아니라, 듀테로포피린(deuteroporphyrin), 듀테로헤민(deuterohemin), 헤민(hemin), 헤마틴(hematin), 프로토포피린(protoporphyrin), 메조헤민(mesohemin), 헤마토포피린(hematoporphyrin), 메조포피린(mesoporphyrin), 코프로포피린(coproporphyrin), 유로포피린(uroporphyrin) 및 투라신(turacin), 및 일련의 테트라아릴아자디피로메틴(tetraarylazapyrromethines)을 포함하는 헤모글로빈기를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.A particularly preferred subset of macrocyclists suitable for the present invention is porphyrins including porphyrin derivatives. Such derivatives may be ortho-fused to the porphyrin nucleus, or porphyrin with an ortho-perifused extra ring, with one or more carbon atoms of the porphyrin ring being replaced by atoms of another element (Skeleton-substituted) porphyrin, a derivative in which the nitrogen atom of the porphyrin ring is substituted (atomically substituted with nitrogen) by another atom, a substituent located in the peripheral meso-, 3-, or nuclear atom of porphyrin in addition to hydrogen (Hydropyrine, e.g., chlorins, bacterioclopene, isobacteriolopyrine, corphins, pyrrocorphins, etc.), one or more of the derivatives of porphyrin (Extended porphyrin) having at least one atom (including pyrrole and pyrromethenyl units) inserted into the porphyrin ring, at least one group in the porphyrin ring (E. G., Phthalocyanine, sub-phthalocyanine, and porphyrin isomers) of substituted derivatives (contraction porphyrins such as corrin, corrole) and the derivatives described above. In addition, suitable porphyrin derivatives include chlorophyll groups including etiophyllin, pyrroporphyrin, rhodoporphyrin, phylloporphyrin, phylloerythrin, chlorophyll a and b, But are not limited to, deuteroporphyrin, deuterohemin, hemin, hematin, protoporphyrin, mesohemin, hematoporphyrin, mesoporphyrin, But are not limited to, hemoglobin groups including coproporphyrin, uroporphyrin and turacin, and a series of tetraarylazapyrromethines.

본 명세서에 개괄된 화합물과 마찬가지로, 당해 기술분야의 통상의 기술자에게, 각각의 불포화된 위치는, 탄소이거나 또는 헤테로 원자이거나 관계없이, 시스템의 요구되는 원자가(valency)에 따라, 본 명세서에서 정의된 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있음이 이해될 것이다. As with the compounds outlined herein, to those of ordinary skill in the art, each unsaturated position, whether carbon or heteroatom, whether according to the required valency of the system, It will be appreciated that one or more substituents may be included.

일 바람직한 구현예에 있어서, 산화환원-활성 분자는 메탈로센 일 수 있고, 이는 임의의 적절한 위치에 본 명세서에서 독립적으로 선택된 R 기를 사용하여 치환될 수 있다. 본 발명에서 특정 용도가 발견된, 메탈로센은 페로센 및 그의 유도체를 포함한다. 이 구현예에 있어서, 바람직한 치환기는 4-클로로페닐, 3-아세트아미도페닐, 2,4-디클로로-4-트리플루오로메틸을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 치환기는 약 2 볼트 미만의 산화환원 전위 범위를 제공한다. In one preferred embodiment, the redox-active molecule may be metallocene, which may be substituted at any suitable position using an R group independently selected herein. Metallocenes in which certain uses are found in the present invention include ferrocene and its derivatives. In this embodiment, preferred substituents include, but are not limited to, 4-chlorophenyl, 3-acetamidophenyl, 2,4-dichloro-4-trifluoromethyl. Preferred substituents provide an oxidation-reduction potential range of less than about 2 volts.

상기 계열의 구성원의 산화 전위는 금속(M) 또는 치환기를 변화함으로써 일상적으로 변경될 수 있다. The oxidation potential of the members of the series can be routinely changed by changing the metal (M) or the substituent.

포피린으로 구성된 산화환원-활성 분자의 또 다른 예가 미국 공개공보 제2007/0108438호의 도 12H에 도시되고, 여기서 F는 산화환원-활성 서브유닛(예를 들어, 페로센, 치환된 페로센, 메탈로포피린, 또는 메탈로클로린 등)이고, J1은 링커이고, M은 금속(예를 들어, Zn, Mg, Cd, Hg, Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Mn, B, Al, Ga, Pb 및 Sn)이고, S1 및 S2는 아릴, 페닐, 사이클로알킬, 알킬, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 퍼플루오로알킬, 퍼플루오로아릴, 피리딜, 시아노, 티오시아네이토, 니트로, 아미노, 알킬아미노, 아실, 술폭실, 술포닐, 이미도, 아미도, 및 카바모일의 군으로부터 독립적으로 선택되고, 상기 치환기는 약 2 볼트 미만의 산화환원 전위 범위를 제공하고, K1, K2, K3 및 K4는 N, O, S, Se, Te 및 CH의 군으로부터 독립적으로 선택되고; L은 링커이고, X는 기재, 기재와의 커플링 및 기재에 이온적으로 커플링할 수 있는 반응 자리의 군으로부터 선택된다. 바람직한 구현예에 있어서, X 또는 L-X는 알콜 또는 티올일 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, L-X는 제거되거나 S1 또는 S2와 동일한 기로부터 독립적으로 선택된 치환기로 대체될 수 있다. Another example of a redox-active molecule composed of porphyrin is shown in Figure 12H of U.S. Publication No. 2007/0108438, wherein F is a redox-active subunit (e.g., ferrocene, substituted ferrocene, metalloporphyrin, M is a metal such as Zn, Mg, Cd, Hg, Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Mn, B , Al, Ga, Pb and Sn), wherein S1 and S2 are selected from the group consisting of aryl, phenyl, cycloalkyl, alkyl, halogen, alkoxy, alkylthio, perfluoroalkyl, perfluoroaryl, pyridyl, Wherein said substituent is independently selected from the group of halo, nitro, amino, alkylamino, acyl, sulfoxyl, sulfonyl, imido, amido and carbamoyl, said substituent providing a redox potential range of less than about 2 volts, K1, K2, K3 and K4 are independently selected from the group of N, O, S, Se, Te and CH; L is a linker and X is selected from the group of the substrate, the coupling with the substrate, and the reaction site capable of ionically coupling to the substrate. In a preferred embodiment, X or L-X may be an alcohol or a thiol. In some embodiments, L-X may be removed or substituted with a substituent independently selected from the same group as S 1 or S 2.

본 발명의 메모리 장치에 사용되는 산화환원-활성 분자의 산화환원 활성 유닛의 정공 저장(hole-storage) 및 정공 호핑(hole-hopping) 특성에 대한 조절로서, 상기 메모리 장치의 설계에 대한 미세한 조절이 가능하다.As a control over the hole-storage and hole-hopping characteristics of the redox-active unit of the redox-active molecule used in the memory device of the present invention, It is possible.

그러한 조절은 합성 디자인을 통하여 연습된다. 정공 저장 특성은 이들 스스로 또는 본 발명의 장치에 사용되는 저장 매체를 조립하기 위해 사용되는 것인 산화환원-활성 유닛 또는 서브유닛의 산화 전위에 따라 달라진다. 정공 저장 특성 및 산화환원 전위는 기본 분자(들), 회합된 금속 및 주변(peripheral) 치환기의 선택에 의해 정밀하게 조율될 수 있고(Yang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines, 3: 117-147), 상기 개시는 이 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. Such accommodation is practiced through composite design. The hole-storing properties depend on the oxidation potential of the redox-active unit or subunit, which is used by itself or to assemble the storage medium used in the apparatus of the present invention. Hole storage properties and redox potentials can be precisely tuned by the choice of base molecule (s), associated metal and peripheral substituents (Yang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines, 3: 117- 147), the disclosure of which is incorporated herein by this reference.

예를 들어, 포피린의 경우에, Mg 포피린은 Zn 포피린보다 보다 쉽게 산화되고, 전자 흡인(electron withdrawing) 또는 전자 방출(electron releasing) 아릴 기는 산화 특성을 예측 가능한 방식으로 조절할 수 있다. 정공 호핑은 등에너지(isoenergetic) 포피린들 중에서 일어나고, 포피린들을 연결하는 공유 링커를 통해 전달되고 (Seth et al. (1994) J. Am. Chem. Soc., 116: 10578-10592, Seth et al (1996) J. Am. Chem. Soc., 118: 11194-11207, Strachan et al. (1997) J. Am. Chem. Soc., 119: 11191- 11201; Li et al. (1997) J. Mater. Chem., 7: 1245-1262, Strachan et al. (1998) Inorg. Chem., 37: 1191-1201, Yang et al. (1999) J. Am. Chem. Soc., 121: 4008-4018), 상기 개시는 그 전체로서 이 참조에 의해 본 명세서에 명시적으로 통합된다. For example, in the case of porphyrin, Mg porphyrin is more easily oxidized than Zn porphyrin, and electron withdrawing or electron releasing aryl groups can control the oxidation characteristics in a predictable manner. Hole hopping occurs in isoenergetic porphyrins and is transmitted through shared linkers connecting porphyrins (Seth et al. (1994) J. Am. Chem. Soc., 116: 10578-10592, Seth et al 1996) J. Am. Chem. Soc., 118: 11194-11207, Strachan et al. (1997) J. Am. Chem. Soc., 119: 11191-11201; Li et al. Chem., 7: 1245-1262, Strachan et al. (1998) Inorg. Chem., 37: 1191-1201, Yang et al., (1999) J. Am. Chem. Soc., 121: 4008-4018) The disclosure of which is expressly incorporated herein by reference in its entirety.

예측된 산화환원 전위를 갖는 화합물의 디자인은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다. 일반적으로, 산화환원-활성 유닛 또는 서브유닛의 산화 전위는 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있고, 검색될 수 있다 (예를 들어, Handbook of Electrochemistry of the Elements 참조). 더욱이, 일반적으로, 분자의 산화환원 전위에 대한 다양한 치환기들의 효과는 일반적으로 부가적이다. 따라서, 이론상의 산화 전위는 임의의 전위 데이터 저장 분자에 대해 쉽게 예측될 수 있다. 실제 산화 전위, 구체적으로 정보 저장 분자(들) 또는 정보 저장 매체의 산화 전위는 표준 방법에 따라 측정될 수 있다. 전형적으로 산화 전위는 기본 분자의 실험적으로 측정된 산화 전위와 하나의 치환기를 갖는 기본 분자의 실험적으로 측정된 산화 전위의 비교에 의해 예측되어, 그 특정 치환기에 의한 전위의 변화(shift)를 측정한다. 이후, 각각의 치환기에 대한 그러한 치환기-의존 전위 변화의 합이 예측된 산화 전위를 산출한다. The design of compounds with predicted redox potentials is well known to those of ordinary skill in the art. In general, the oxidation potential of a redox-active unit or subunit is well known to those skilled in the art and can be retrieved (see, e. G., Handbook of Electrochemistry of the Elements). Moreover, in general, the effect of various substituents on the redox potential of a molecule is generally additive. Thus, the theoretical oxidation potential can be easily predicted for any potential data storage molecule. The actual oxidation potential, specifically the information storage molecule (s) or the oxidation potential of the information storage medium, can be measured according to standard methods. Typically the oxidation potential is predicted by comparison of the experimentally measured oxidation potential of the basic molecule with the experimentally determined oxidation potential of the basic molecule with one substituent and measures the shift of the potential by that particular substituent . The sum of such substituent-dependent potential changes for each substituent then yields the predicted oxidation potential.

본 발명의 방법에 사용되기 위한 특정 산화환원-활성 분자의 적합성은 쉽게 측정될 수 있다. 흥미있는 분자(들)은 본 발명의 방법에 따라 간단히 중합되고, 표면(예를 들어, 수소 부동태화된 표면)에 커플링된다. 이후, 사인파 전압전류법(sinusoidal voltammetry)이 (예를 들어, 본 명세서 또는 미국 등록특허 제6,272,038호; 제6,212,093호; 및 제6,208,553호, PCT 공보 WO 01/03126호에서, 또는 (Roth et al. (2000) Vac. Sci. Technol. B 18:2359-2364; Roth et al. (2003) J.Am. Chem. Soc. 125:505-517)에 의해 기술된 바와 같이) 수행되어, 1) 분자(들)이 표면에 커플링되었는지 아닌지의 여부; 2) 커버리지(커플링)의 정도; 3) 분자(들)이 커플링 절차 중에 분해되었는지 아닌지의 여부; 및 4) 다수의 판독/기입 작동에 대한 분자(들)의 안정성을 평가한다. The suitability of a particular redox-active molecule for use in the methods of the present invention can be readily determined. The interesting molecule (s) are simply polymerized according to the method of the present invention and coupled to a surface (e.g., a hydrogen passivated surface). Thereafter, a sinusoidal voltammetry (see, for example, US Pat. Nos. 6,272,038; 6,212,093; and 6,208,553; PCT Publication WO 01/03126; or Roth et al. (As described by Roth et al. (2003) J. Am. Chem. Soc. 125: 505-517) (S) is coupled to the surface or not; 2) degree of coverage (coupling); 3) whether or not the molecule (s) has been degraded during the coupling procedure; And 4) assess the stability of the molecule (s) for multiple read / write operations.

뿐만 아니라, "포피린"의 정의 내에는 포피린 착물이 포함되고, 이는 포피린 프로리간드 및 적어도 하나의 금속 이온을 포함한다. 포피린 화합물에 적절한 금속은 배위 원자로서 사용된 헤테로원자에 따라 달라질 것이나, 일반적으로 전이 금속 이온으로부터 선택된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "전이 금속"은 전형적으로 주기율표의 3족 내지 12족의 38개의 원소를 지칭한다. 전형적으로 전이 금속은 이들의 원자가 전자, 또는 다른 원소들과 결합하는데 사용하는 전자들이 하나 이상의 껍질에 존재하며, 따라서 종종 몇 개의 공통적인 산화상태를 보인다는 사실로 특성화된다. 특정 구현예에 있어서, 본 발명의 전이 금속은 하나 이상의 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트. 니켈, 구리, 아연, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 러더포듐, 및/또는 이들의 산화물, 및/또는 질화물, 및/또는 합금, 및/또는 혼합물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.In addition, within the definition of "porphyrin" includes porphyrin complexes, which include porphyrin proligand and at least one metal ion. Suitable metals for porphyrin compounds will vary depending on the heteroatom used as coordinating atom, but are generally selected from transition metal ions. As used herein, the term "transition metal" typically refers to 38 elements of groups 3 to 12 of the periodic table. Typically, transition metals are characterized by the fact that their valence electrons, or the electrons used to couple with other elements, are in one or more shells, and thus often exhibit several common oxidation states. In certain embodiments, the transition metal of the present invention comprises at least one of scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt. And / or a metal selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, Oxides, and / or nitrides thereof, and / or alloys, and / or mixtures thereof.

다른 Other 매크로사이클릭들Macro cyclic

사이클렌 유도체를 기초로 한 몇몇의 매크로사이클릭들이 존재한다. 미국 공개공보 제2007/0108438호의 도 17 및 13C는 대개 사이클렌/사이클램(cyclam) 유도체계의 몇몇의 매크로사이클릭 프로리간드를 도시하고, 이는 독립적으로 선택된 탄소 또는 헤테로원자의 함유에 의한 골격 확장을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 적어도 하나의 R 기는 바람직하게는 금속에 전자적으로 공액된, 산화환원 활성 서브유닛이다. 몇몇 구현예에 있어서, 적어도 하나의 R기가 산화환원 활성 서브유닛인 경우를 포함하고, 2 이상의 이웃하는 R2기는 고리(cycle) 또는 아릴 기를 형성한다. There are several macrocycles based on cyclene derivatives. Figures 17 and 13C of U.S. Publication No. 2007/0108438 generally show some macroscyclic pro-ligands of the cyclin / cyclam inducible system, which is a skeletal extension due to the incorporation of independently selected carbon or heteroatoms . ≪ / RTI > In some embodiments, at least one R group is preferably a redox active subunit that is electronically conjugated to a metal. In some embodiments, at least one R group is a redox active subunit, and two or more adjacent R2 groups form a cycle or an aryl group.

더욱이, 몇몇 구현예에 있어서, 유기금속 리간드에 의존하는 매크로사이클릭 착물이 사용된다. 산화환원 모이어티로서 사용하기 위한 순수한 유기 화합물, 및 헤테로사이클릭 또는 엑소사이클릭(exocyclic) 치환기로서의 주개 원자를 갖는δ-결합된 유기 리간드를 가지는 다양한 전이 금속 배위 착물 이외에도, π-결합된 유기 리간드를 갖는, 매우 다양한 전이 금속 유기금속 화합물이 이용 가능하다 (Advanced Inorganic Chemistry, 5th Ed., Cotton Wilkinson, John Wiley Sons, 1988, chapter 26;Organometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich et al., 2nd Ed., 1992, VCH; 및 Comprehensive Organometallic Chemistry II, A Review of the Literature 1982~1994, Abel et al. Ed., Vol. 7, chapters 7, 8, 10 & 11, Pergamon Press, 참조, 이는 참조에 의해 본 명세서에 명시적으로 통합된다). 그러한 유기금속 리간드는 사이클로펜타디에니드이온[C5H5(-1)]과 같은 사이클릭 방향족 화합물 및 비스(사이클로펜타디에닐) 금속 화합물(즉, 메탈로센)의 부류를 생성하는 인데닐라이드(indenylide)(-1) 이온과 같은 다양한 고리치환 및 고리축합 유도체(ring substituted and ring fused derivatives)를 포함하는 데, 이는 예를 들어 참조에 의해 통합된, Robins et al., J. Am. Chem. Soc. 104:1882-1893 (1982); 및 Gassman et al., J. Am. Chem. Soc. 108:4228-4229 (1986)를 참조하라. 이들 중, 페로센[(C5H5)2Fe] 및 그것의 유도체는 매우 다양한 화학적(참조에 의해 통합된, Connelly et al., Chem. Rev. 96:877-910 (1996)) 및 전기 화학적(참조에 의해 통합된, Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 23:1-93; and Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 24:87) 전자 전달 또는 "산화환원" 반응에 사용되어 온 전형적인 예이다. 다양한 제1, 제2 및 제3 주기의 전이 금속의 메탈로센 유도체가 산화환원 모이어티(및 산화환원 서브유닛)로서 유용하다. 다른 잠재적으로 적절한 유기금속 리간드는 벤젠과 같은 사이클릭 아렌을 포함하고, 이는 비스(아렌) 금속 화합물 및 이들의 고리치환 및 고리축합 유도체을 생성하고, 이 중 비스(벤젠) 크롬이 전형적인 예이다. 알릴(-1) 이온, 또는 부타디엔과 같은, 다른 비사이클릭(acyclic) π-결합된 리간드는 가능성 있는 적절한 유기금속 화합물을 생성하고, 모든 그러한 리간드는 다른 π-결합 및δ-결합된 리간드와 아울러, 그 안에 금속과 탄소 결합이 존재하는 유기금속 화합물의 일반적인 부류를 구성한다. 가교 유기 리간드, 및 추가의 비가교(non-bridging) 리간드를 갖는 그러한 화합물뿐만 아니라, 금속-금속 결합을 가지거나 가지지 않는 그러한 화합물의 다양한 다이머 및 올리고머의 전기 화학적 연구는 모두 유용하다.Moreover, in some embodiments, macrocyclic complexes that rely on organometallic ligands are used. In addition to various transition metal coordination complexes having a pure organic compound for use as a redox moiety and a delta-linked organic ligand having a tridentate atom as a heterocyclic or exocyclic substituent, a [pi] -linked organic ligand (Advanced Inorganic Chemistry, 5th Ed., Cotton Wilkinson, John Wiley Sons, 1988, chapter 26, Organometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich et al., 2nd Ed. 7, 8, 10 & 11, Pergamon Press, which is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes and is incorporated herein by reference in its entirety. Lt; / RTI > Such an organometallic ligand is a cyclic aromatic compound such as a cyclopentadienide ion [C5H5 (-1)] and an indenylide compound that produces a class of bis (cyclopentadienyl) metal compounds Ring-and ring-fused derivatives, such as the (-) - (- 1) ion, which is described, for example, in Robins et al., J. Am. Chem. Soc. 104: 1882-1893 (1982); And Gassman et al., J. Am. Chem. Soc. 108: 4228-4229 (1986). Of these, the ferrocene [(C5H5) 2Fe] and its derivatives have been used in a wide variety of chemistry (Connelly et al., Chem. Rev. 96: 877-910 (Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 23: 1-93; and Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 24:87) are typical examples that have been used for electron transfer or "redox" reactions. Metallocene derivatives of transition metals of various first, second and third periods are useful as redox moieties (and redox subunits). Other potentially suitable organometallic ligands include cyclic arenes such as benzene, which produce bis (arene) metal compounds and their ring substituted and cyclic condensed derivatives, of which bis (benzene) chromium is a typical example. Other acyclic π-bonded ligands, such as allyl (-1) ions or butadiene, produce potentially suitable organometallic compounds, and all such ligands have different π-and δ-bonded ligands In addition, it forms a general class of organometallic compounds in which metal and carbon bonds are present. Both electrochemical studies of various dimers and oligomers of such compounds with or without metal-metal bonds, as well as such compounds with crosslinked organic ligands and additional non-bridging ligands are useful.

하나 이상의 코-리간드(co-ligand)가 유기금속 리간드인 경우, 상기 리간드는 일반적으로 유기금속 리간드의 탄소 원자 중의 하나를 통해 부착되고 있지만, 부착은 헤테로사이클릭 리간드의 경우 다른 원자를 통할 수 있다. 바람직한 유기금속 리간드는 메탈로센 리간드를 포함하고, 이는 치환된 유도체 및 메타로세네오판을 포함한다 (Cotton and Wilkenson의 1174 페이지, supra 참조). 예를 들어, 메틸사이클로펜타디에닐과 같은 메탈로센 리간드의 유도체는 펜타메틸사이클로펜타디에닐과 같은 다수의 메틸기를 갖는 것이 바람직하고, 이는 메탈로센의 안정성을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 메탈로센은 본 명세서에서 개괄된 바와 같이 하나 이상의 치환기로 유도체화되어, 특히 서브유닛 또는 모이어티의 산화환원 전위를 변화시킨다. Where one or more co-ligands is an organometallic ligand, the ligand is typically attached through one of the carbon atoms of the organometallic ligand, but attachment may be through other atoms in the case of a heterocyclic ligand . Preferred organometallic ligands include metallocene ligands, which include substituted derivatives and meta rosé neo plates (see Cotton and Wilkenson, page 1174, supra). For example, derivatives of metallocene ligands such as methylcyclopentadienyl are preferred to have a number of methyl groups such as pentamethylcyclopentadienyl, which can be used to increase the stability of the metallocene. In some embodiments, the metallocene is derivatized with one or more substituents as outlined herein, in particular to alter the redox potential of the subunit or moiety.

본 명세서에 기술된 바와 같이, 리간드의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 바람직한 조합은 다음을 포함한다: a) 모든 리간드가 질소 주개 리간드이고; b) 모든 리간드가 유기금속 리간드이다.
As described herein, any combination of ligands may be used. Preferred combinations include: a) all ligands are nitrogen-donating ligands; b) all ligands are organometallic ligands.

샌드위치 Sandwich 배위Coordination 착물Complex

몇몇 구현예에 있어서, ReAM은 샌드위치 배위 착물이다. 용어 "샌드위치 배위 화합물" 또는 "샌드위치 배위 착물"은 화학식 L-Mn-L의 화합물을 지칭하고, 여기서 각각의 L은 헤테로사이클릭 리간드(후술하는 바와 같음)이며, 각각의 M은 금속이고, n은 2 이상, 가장 바람직하게는 2 또는 3이고, 각각의 금속은 한 쌍의 리간드 사이에 위치하며, 각각의 리간드 내의 하나 이상의 헤테로원자(및 전형적으로 복수의 헤테로 원자, 예를 들어, 2, 3, 4, 5)에 결합된다(금속의 산화 상태에 따라 달라짐). 따라서 샌드위치 배위 화합물은 페로센과 같은 유기금속 화합물이 아니며, 여기에서 금속은 탄소 원자에 결합된다. 샌드위치 배위 화합물에서의 리간드는 일반적으로 적층된 배향으로 배치된다 (즉, 일반적으로 서로 마주보도록 배향되고, 서로 축방향으로 정렬되지만, 서로에 대하여 그 축을 중심으로 회전할 수도 있고 회전하지 않을 수도 있다)(예를 들어, Ng and Jiang (1997) Chemical Society Reviews 26: 433-442 참조, 이는 참조에 의해 본 명세서에 통합된다). 샌드위치 배위 착물은 "더블-데커(double-decker) 샌드위치 배위 화합물" 및 "트리플-데커 샌드위치 배위 화합물"을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 샌드위치 배위 화합물의 합성 및 사용은 미국 등록특허 제6,212,093호; 제6,451,942호; 제6,777,516호;에 상세히 기재되어 있고, 이러한 분자들의 중합은 미국 공개공보 제2007/0123618호에 기재되어 있고, 이들 모두는 본 명세서에 포함되고, 특히 샌드위치 착물 및 "단일 매크로사이클릭" 착물 모두에서 사용되는 각각의 치환기가 본 명세서에 포함된다.In some embodiments, ReAM is a sandwich coordination complex. The term "sandwich coordination compound" or "sandwich coordination complex" refers to a compound of the formula L-Mn-L wherein each L is a heterocyclic ligand (as described below) Is 2 or more, most preferably 2 or 3, each metal is located between a pair of ligands, and one or more heteroatoms in each ligand (and typically a plurality of heteroatoms, e.g., 2, 3 , 4, 5) (depending on the oxidation state of the metal). Thus, the sandwich coordination compound is not an organometallic compound such as ferrocene, where the metal is bonded to a carbon atom. The ligands in the sandwich coordination compound are generally arranged in a laminated orientation (i.e. they are generally oriented facing each other and aligned axially with respect to each other, but may or may not rotate about their axis with respect to each other) (See, for example, Ng and Jiang (1997) Chemical Society Reviews 26: 433-442, which is incorporated herein by reference). The sandwich coordination complexes include, but are not limited to, "double-decker sandwich coordination compounds" and "triple-decker sandwich coordination compounds. The synthesis and use of sandwich coordination compounds is described in U.S. Patent No. 6,212,093; 6,451, 942; 6,777, 516; the polymerization of these molecules is described in U.S. Publication No. 2007/0123618, all of which are incorporated herein, and particularly in both sandwich complexes and "single macrocyclic" Each substituent used is included herein.

용어 "더블-데커 샌드위치 배위 화합물"은 전술된 바와 같은 n이 2이고, 따라서 화학식 L'-M'-LZ(여기서, L' 및 LZ 각각은 동일하거나 또는 상이할 수 있음)를 갖는 샌드위치 배위 화합물을 지칭하고 (예를 들어, Jiang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines 3: 322-328 및 미국 특허 제6,212,093호; 제6,451,942호; 제6,777,516호; 참조), 이들 분자의 중합은 미국 공개공보 제2007/0123618호에 기재되어 있고, 이는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. The term "double-decker sandwich coordination compound" refers to a sandwich coordination compound having the formula L'-M'-LZ wherein L 'and LZ can each be the same or different, (See, for example, Jiang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines 3: 322-328 and US Patents 6,212,093; 6,451,942; 6,777,516; 2007/0123618, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

용어 "트리플-데커 샌드위치 배위 화합물"은 전술된 바와 같은 n이 3이고, 따라서 화학식 L'-M' LZ-MZ-L3(여기서, L', LZ 및 L3 각각은 동일하거나 또는 상이하고, M' 및 MZ는 각각 동일하거나 또는 상이할 수 있음)를 갖는 샌드위치 배위 화합물을 지칭하고 (예를 들어, Arnold et al. (1999) Chemistry Letters 483-484 및 미국 특허 제6,212,093호; 제6,451,942호; 제6,777,516호; 참조), 이들 분자의 중합은 미국 공개공보 제2007/0123618호에 기재되어 있고, 이는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. The term "triple-decker sandwich coordination compound" refers to a compound of the formula L'-M 'LZ-MZ-L3 wherein L', LZ and L3 are each the same or different and M ' And MZ may each be the same or different) (see, for example, Arnold et al. (1999) Chemistry Letters 483-484 and U.S. Patents 6,212,093; 6,451,942; 6,777,516 Polymerization of these molecules is described in U.S. Publication No. 2007/0123618, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

뿐만 아니라, 이들 샌드위치 화합물의 폴리머 또한 유용하고, 이는, 미국 특허 제6,212,093호; 미국 특허 제6,451,942호; 미국 특허 제6,777,516호에 기재된 바와 같은 "디아드(dyads)" 및 "트리아드(triads)"를 포함하고, 이들 분자의 중합은 미국 공개공보 제2007/0123618호에 기재되어 있고, 이는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
In addition, polymers of these sandwich compounds are also useful, as are described in U.S. Patent Nos. 6,212,093; U.S. Patent No. 6,451,942; Quot; dyads "and" triads "as described in U.S. Patent No. 6,777,516, and the polymerization of these molecules is described in U.S. Publication No. 2007/0123618, Which is incorporated herein by reference.

비매크로사이클릭Non-macro cyclic 프로리간드Pro-ligand  And 착물Complex

일반적인 규칙에 따라, 비매크로사이클릭 킬레이터(non-macrocyclic chelators)를 포함하는 ReAM은 금속 이온과 결합하여, 비매크로사이클릭 킬레이트 화합물을 형성하는 데, 이는 금속의 존재에 의해 다수의 프로리간드가 서로 결합하여 다수의 산화 상태를 얻을 수 있기 때문이다. According to general rules, ReAM, which includes non-macrocyclic chelators, combine with metal ions to form non-macrocyclic chelate compounds, which, due to the presence of metals, So that a plurality of oxidation states can be obtained.

몇몇 구현예에 있어서, 질소 주개 프로리간드가 사용된다. 적절한 질소 주개 프로리간드는 당해 기술분야에 잘 알려져 있고, NH2; NFIR; NRR'; 피리딘; 피라진; 이소니코틴아미드; 이미다졸; 비피리딘 및 비피리딘의 치환된 유도체; 터피리딘 및 치환된 유도체; 페난트롤린, 특히, 1,10-페난트롤린(약칭하여 phen) 및 4,7-디메틸페난트롤린과 같은 페난트롤린의 치환된 유도체 및 디피리돌[3,2-a:2',3'-c]페나진 (약칭하여 dppz); 디피리도페나진; 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐린 (약칭하여 hat); 9,10-페난트렌퀴논 디이민(약칭하여 phi); 1,4,5,8-테트라아자페난트렌(약칭하여 tap); 1,4,8,11-테트라-아자사이클로테트라데칸(약칭하여 cyclam) 및 이소시아나이드를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 축합된 유도체를 포함하는 치환된 유도체 또한 사용될 수 있다. 금속 이온을 배위적으로 포화시키지 않으며, 다른 프로리간드의 첨가를 필요로하는 매크로사이클릭 리간드는 이 목적에서는 매크로사이클릭으로 간주된다는 것을 주의해야 한다. 당해 기술분야의 통상의 기술자에게, 몇몇 "비매크로사이클릭" 리간드를 공유적으로 부착하여 배위적으로 포화된 화합물을 형성하는 것이 가능하나, 이 경우 사이클릭 골격은 없음이 이해될 것이다.In some embodiments, a nitrogen-containing pro-ligand is used. Suitable nitrogen donor proligands are well known in the art and include NH2; NFIR; NRR '; Pyridine; Pyrazine; Isonicotinamide; Imidazole; Substituted derivatives of bipyridine and bipyridine; Terpyridine and substituted derivatives thereof; Phenanthrolines, especially substituted phenanthroline derivatives such as 1,10-phenanthroline (abbreviated phen) and 4,7-dimethylphenanthroline, and substituted derivatives of dipyridol [3,2-a: 3'-c] phenazine (abbreviated as dppz); Dipyridophenazine; 1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenyl (abbreviated hat); 9,10-phenanthrenequinone diimine (abbreviated as phi); 1,4,5,8-tetraazaphenanthrene (abbreviated as tap); 1,4,8,11-tetra-azacyclotetradecane (abbreviated as cyclam), and isocyanide. Substituted derivatives containing condensed derivatives may also be used. It should be noted that macrocyclic ligands which do not saturate metal ions concomitantly and require the addition of other proligands are considered macrocycles for this purpose. It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that it is possible to covalently attach some "nonmacrocyclic" ligands to form a coordinatively saturated compound, but in this case there is no cyclic skeleton.

탄소, 산소, 황, 및 인을 사용하는 적절한 시그마 주개 리간드가 당해 기술분야에 알려져 있다. 예를 들어, 적절한 시그마 탄소 주개는 Cotton and Wilkenson, Advanced Organic Chemistry, 5th Edition, John Wiley & Sons, 1988, 에 있으며, 이는 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 데; 예를 들어 38쪽을 참조하라. 유사하게는, 적절한 산소 리간드는 크라운 에테르, 물 및 당해 기술분야에서 알려진 다른 것들을 포함한다. 포스핀 및 치환된 포스핀 또한 적합한 데; Cotton and Wilkenson의 38쪽을 참조하라.Suitable sigma initiator ligands using carbon, oxygen, sulfur, and phosphorus are known in the art. For example, suitable sigma carbon donors are found in Cotton and Wilkenson, Advanced Organic Chemistry, 5th Edition, John Wiley & Sons, 1988, which is incorporated herein by reference; For example, see page 38. Similarly, suitable oxygen ligands include crown ethers, water, and others known in the art. Phosphines and substituted phosphines are also suitable; See page 38 of Cotton and Wilkenson.

산소, 황, 인 및 질소-주개 리간드는 헤테로원자가 배위 원자의 역할을 할 수 있도록 하는 방식으로 부착된다.
The oxygen, sulfur, phosphorus and nitrogen-donor ligands are attached in such a way that the heteroatom can act as coordinating atoms.

다핵성Polynuclear 프로리간드Pro-ligand  And 착물Complex

뿐만 아니라, 몇몇 구현예들은 다핵성 리간드인 여러 자리 리간드(polydentate)를 이용하며, 예를 들어, 이들은 하나 보다 많은 금속 이온과 결합할 수 있다. 이들은 매크로사이클릭 또는 비매크로사이클릭일 수 있다. In addition, some embodiments utilize polydentate, a polynuclear ligand, which, for example, can bind more than one metal ion. These may be macrocyclic or nonmacrocyclic.

몇몇의 적절한 프로리간드 및 착물뿐만 아니라, 적절한 치환기가 미국 특허 제 6,212,093호; 제 6,728,129호; 제 6,451,942호; 제 6,777,516호; 제 6,381,169호; 제 6,208,553호; 제 6,657,884호; 제 6,272,038호; 제 6,484,394호; 및 미국 특허출원 제10/040,059호; 제10/682,868호; 제10/445,977호; 제10/834,630호; 제10/135,220호; 제10/723,315호; 제10/456,321호; 제10/376,865호에 개괄되고, 이들 모두, 특히 거기에 묘사된 이들의 구조 및 설명에 대하여 참조에 의해 명시적으로 통합된다.
Some suitable proligand and complexes, as well as suitable substituents, are described in U.S. Patent Nos. 6,212,093; 6,728,129; 6,451, 942; 6,777,516; 6,381,169; 6,208,553; 6,657,884; 6,272,038; 6,484, 394; And U.S. Patent Application No. 10 / 040,059; 10 / 682,868; 10 / 445,977; 10 / 834,630; 10 / 135,220; 10 / 723,315; 10 / 456,321; 10 / 376,865, both of which are expressly incorporated by reference in their entirety, particularly the structures and descriptions of those depicted therein.

포스포늄Phosphonium 이온성 액체 또는 염의 응용 및 용도 Applications and uses of ionic liquids or salts

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "메모리 소자", "메모리 셀" 또는 "저장 셀"은 정보의 저장을 위해 사용될 수 있는 전기화학적 셀을 지칭한다. 바람직한 "저장 셀"은 적어도 하나, 바람직하게는 2 개의 전극(예를 들어, 작업 전극 및 기준 전극)에 의해 어드레스 지정되는(addressed) 저장 매체의 이산 영역(discrete regions)이다. 저장 셀은 개별적으로 어드레스 지정될 수 있거나(예를 들어, 단일 전극(unique electrode)은 각각의 메모리 소자와 결합됨), 또는 특히 여러 메모리 소자의 산화 상태들이 구별가능한 경우, 다수의 메모리 소자는 단일 전극에 의해 어드레스 지정될 수 있다. 메모리 소자는 유전체(예를 들어, 상대 이온을 함유한 유전체)를 선택적으로 포함할 수 있다. The term "memory element "," memory cell ", or "storage cell" refers to an electrochemical cell that can be used for storage of information, as used herein and unless otherwise indicated. A preferred "storage cell" is a discrete region of the storage medium addressed by at least one, preferably two, electrodes (e.g., a working electrode and a reference electrode). The storage cells may be addressed individually (e.g., a single electrode is combined with a respective memory element), or, in particular, if the oxidation states of several memory elements are distinguishable, Can be addressed by an electrode. The memory device may optionally include a dielectric (e. G., A dielectric containing counter ions).

본 명세서에서 사용되는, 용어 "전극"은 전하(예를 들어, 전자)를 저장 분자에, 및/또는 저장 분자로부터 수송하는 것이 가능한 임의의 매체를 지칭한다. 바람직한 전극은 금속 및 전도성 유기 분자이고, 이는 제III족 원소(도핑되고 산화된 제III족 원소를 포함함), 제IV족 원소(도핑되고 산화된 제IV족 원소를 포함함), 제V족 원소(도핑되고 산화된 제V족 원소를 포함함) 및 전이 금속(전이금속 산화물 및 전이금속 질화물을 포함함)을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전극은 사실상 2차원 또는 3차원의 형상(예를 들어, 불연속 라인, 패드, 평면, 구, 실린더)으로 제조될 수 있다. As used herein, the term "electrode" refers to any medium capable of transporting charge (e.g., electrons) from a storage molecule and / or from a storage molecule. Preferred electrodes are metals and conductive organic molecules, which include Group III elements (including doped and oxidized Group III elements), Group IV elements (including doped and oxidized Group IV elements), Group V But are not limited to, elements (including doped and oxidized Group V elements) and transition metals (including transition metal oxides and transition metal nitrides). The electrodes may be fabricated in substantially two or three dimensional shapes (e.g., discrete lines, pads, planes, spheres, cylinders).

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "다수의 산화 상태"는 하나보다 많은 산화 상태를 의미한다. 바람직한 구현예에 있어서, 산화 상태는 전자의 획득(환원) 또는 전자의 손실(산화)을 반영할 수 있다. Unless otherwise indicated and used herein, the term "multiple oxidation states" means more than one oxidation state. In a preferred embodiment, the oxidation state may reflect the acquisition (reduction) of electrons or the loss (oxidation) of electrons.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "멀티포피린 어레이"은 2 개 이상의 공유적으로 연결된 포피린 매크로사이클의 이산 수(discrete number)를 지칭한다. 멀티포피린 어레이는 선형, 고리형, 또는 분지형일 수 있다. The term "multi-porphyrin array" refers to the discrete number of two or more covalently linked porphyrin macrocycles unless used and indicated otherwise herein. The multi-porphyrin array may be linear, cyclic, or branched.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "집적 회로의 출력"은 하나 이상의 집적 회로(들) 및/또는 하나 이상의 집적 회로의 구성요소에 의해 생성된 전압 또는 신호를 지칭한다. The term "output of an integrated circuit" refers to a voltage or signal generated by one or more integrated circuit (s) and / or components of one or more integrated circuits, unless used and indicated otherwise herein.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "단일 평면상에 존재한다"는 본 발명의 메모리 장치에 관련되어 사용된 경우, 당해 구성요소(들)(예를 들어 저장 매체, 전극(들) 등)가 상기 장치 내 동일한 물리적 평면상에 존재한다 (예를 들어, 단일 박판(lamina) 상에 존재한다)는 점을 지칭한다. 동일한 평면 상에 존재하는 구성요소는 전형적으로 동시에, 예를 들어 단일의 조작으로 제작될 수 있다. 따라서, 예를 들어 단일 평면상의 모든 전극은 전형적으로 단일의 (예를 들어, 스퍼터링) 단계(이들이 모두 동일한 재료로 이루어진다고 가정함)에서 도포될 수 있다. The term "on a single plane ", as used herein and unless otherwise indicated, when used in connection with a memory device of the present invention means that the component (s) (e.g., storage medium, electrode (s) ) Is on the same physical plane in the device (for example, it is on a single lamina). The components present on the same plane can typically be produced simultaneously, for example by a single operation. Thus, for example, all electrodes on a single plane can typically be applied in a single (e.g., sputtering) step (assuming they are all made of the same material).

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "전위차 측정 장치(potentiometric device)"는 전기화학적 셀의 산화환원 분자의 평형 농도의 차이에 기인하는 계면을 가로지르는 전위를 측정할 수 있는 장치이다. The term "potentiometric device ", as used herein and unless otherwise indicated, is a device capable of measuring the potential across an interface resulting from the difference in the equilibrium concentration of redox molecules in an electrochemical cell.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "산화"는 원소, 화합물, 또는 화학적인 치환기/서브유닛에서의 하나 이상의 전자의 손실을 지칭한다. 산화 반응에서, 반응에 관여하는 원소(들)의 원자에 의해 전자가 손실된다. 이후,이들의 원자에 대한 전하는 보다 양성(positive)이 됨에 틀림없다. 전자는 산화를 겪는 종으로부터 손실되고, 따라서 전자는 산화 반응에서 생성물로서 나타난다. 반응 Fe2+(aq) → Fe3+(aq) + e-에서 산화가 일어나는 데, 이는 "유리된(free)" 실체로서의 전자의 분명한 생성에도 불구하고 전자가 산화될 종, Fe2+(aq)으로부터 손실되기 때문이다. 반대로, 용어 "환원"은 원소, 화합물, 또는 화학적인 치환기/서브유닛에 의한 하나 이상의 전자의 획득을 지칭한다. The term "oxidation" refers to the loss of one or more electrons in an element, compound, or chemical substituent / subunit, unless used and indicated otherwise herein. In the oxidation reaction, electrons are lost by atoms of the element (s) involved in the reaction. Since then, the charge on these atoms must be more positive. The electrons are lost from the species undergoing oxidation, and so electrons appear as products in the oxidation reaction. Oxidation takes place in the reaction Fe2 + (aq) → Fe3 + (aq) + e- because the electrons are lost from the species to be oxidized, Fe2 + (aq), despite the obvious generation of electrons as "free" to be. Conversely, the term "reduction" refers to the acquisition of one or more electrons by an element, compound, or chemical substituent / subunit.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, "산화 상태"는 전기적으로 중성 상태, 또는 원소, 화합물, 또는 화학적인 치환기/서브유닛에서의 전자의 획득 또는 손실에 의해 생성된 상태를 지칭한다. 바람직한 구현예에 있어서, 용어 "산화 상태"는 중성 상태 및 전자의 획득 또는 손실(환원 또는 산화)에 의해 야기되는 중성 상태 이외의 임의의 상태를 포함하는 상태를 지칭한다. As used herein and unless otherwise indicated, the term "oxidized state" refers to a state generated by the acquisition or loss of electrons in an electrically neutral state, or in an element, compound, or chemical substituent / subunit. In a preferred embodiment, the term "oxidation state" refers to a state comprising any state other than the neutral state and the neutral state caused by the acquisition or loss (reduction or oxidation) of electrons.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "판독" 또는 "질문(interrogate)"은 하나 이상의 분자(예를 들어, 저장 매체를 포함하는 분자)의 산화 상태(들)의 측정을 지칭한다.The term "read" or "interrogate" refers to the measurement of the oxidation state (s) of one or more molecules (e.g., molecules comprising a storage medium), unless used and indicated otherwise herein.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "산화환원-활성 유닛」또는 "산화환원-활성 서브유닛"은 적절한 전압의 인가에 의해 산화되거나 또는 환원될 수 있는 분자 또는 분자의 성분을 지칭한다. The term "redox-active unit" or "redox-active subunit" as used herein and unless otherwise indicated refers to a molecule or molecule component that can be oxidized or reduced by the application of an appropriate voltage.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "리프레쉬(refresh)"는 저장 분자 또는 저장 매체에 관련되어 사용된 경우에 저장 분자 또는 저장 매체에 대해 전압을 인가하여 그 저장 분자 또는 저장 매체의 산화 상태를 기정(predetermined) 상태(예를 들어, 저장 분자 또는 저장 매체가 판독하기 직전에 놓여져 있던 산화 상태)로 재설정하는 것을 지칭한다.The term "refresh ", as used herein and unless otherwise indicated, refers to the application of a voltage to a storage molecule or storage medium, when used in connection with the storage molecule or storage medium, To a predetermined state (e. G., The oxidation state in which the storage molecule or storage medium was placed just prior to reading).

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "기준 전극"은 작업 전극으로부터 기록된 측정을 위한 기준(예를 들어, 특정의 기준 전압)을 제공하는 하나 이상의 전극을 지칭한다. 바람직한 구현예에 있어서, 본 발명의 메모리 장치의 기준 전극들은 동일한 전위에 있지만, 몇몇 구현예의 경우에는 이것이 요구되지 않는다.The term "reference electrode" refers to one or more electrodes that provide a reference (e.g., a specific reference voltage) for measurements recorded from a working electrode, unless used and indicated otherwise herein. In a preferred embodiment, the reference electrodes of the inventive memory device are at the same potential, but in some embodiments this is not required.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "사인파 전압전류계"는 전기화학 셀의 주파수 도메인 특성을 측정하는 것이 가능한 전압전류 측정 장치이다.Unless otherwise indicated and used herein, the term "sine wave voltage ammeter" is a voltage current measurement device capable of measuring the frequency domain characteristics of an electrochemical cell.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "저장 밀도"는 저장될 수 있는, 부피 당 비트의 수 및/또는 분자 당 비트의 수를 지칭한다. 저장 매체가 분자 당 1 비트보다 큰 저장 밀도를 가진다고 말해진 경우, 이는 저장 매체가 바람직하게는 단일 분자가 적어도 1 비트의 정보를 저장할 수 있는 분자를 포함한다는 점을 지칭한다. The term "storage density" as used herein and unless otherwise indicated refers to the number of bits per volume and / or the number of bits per molecule that can be stored. When the storage medium is said to have a storage density greater than one bit per molecule, this refers to the storage medium preferably containing molecules in which a single molecule can store at least one bit of information.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "저장 위치"는 저장 매체가 배치되어 있는 이산 도메인 또는 영역을 지칭한다. 하나 이상의 전극으로 어드레스 지정된 경우, 그 저장 위치는 저장 셀을 형성할 수 있다. 그러나, 2 개의 저장 위치가 동일한 저장 매체를 포함하여, 이들이 본질적으로 동일한 산화 상태를 가지고, 양쪽의 저장 장소들이 공통적으로 어드레스 지정된 경우, 이들은 하나의 기능적 저장 셀을 형성할 수 있다. As used herein and unless otherwise indicated, the term "storage location" refers to the discrete domain or domain in which the storage medium is located. If addressed to one or more electrodes, the storage location may form a storage cell. However, if two storage locations include the same storage medium, they have essentially the same oxidation state, and both storage locations are commonly addressed, they can form one functional storage cell.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "저장 매체"는 바람직하게는 기재에 결합된, 본 발명의 저장 분자를 포함하는 조성물을 지칭한다.The term "storage medium" refers to a composition comprising a storage molecule of the invention, preferably conjugated to a substrate, as used herein and unless otherwise indicated.

기재는 바람직하게는 고체의, 하나 이상의 분자의 부착에 적절한 물질이다. 기재는 유리, 플라스틱, 규소, 미네랄(예를 들어, 석영), 반도체 재료, 세라믹, 금속 등을 포함한 물질로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. The substrate is preferably a solid, suitable material for attachment of one or more molecules. The substrate can be formed of materials including, but not limited to, glass, plastic, silicon, minerals (e.g., quartz), semiconductor materials, ceramics, metals and the like.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "전압전류 측정 장치"는 전압의 인가 결과 또는 전압의 변화 결과, 전기화학 셀에 생성된 전류를 측정할 수 있는 장치이다. Unless used or indicated otherwise herein, the term "voltage / current measurement device" is a device capable of measuring a current generated in an electrochemical cell as a result of voltage application or as a result of voltage change.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 전압 공급원은 표적(예를 들어, 전극)으로 전압을 인가할 수 있는 임의의 공급원(예를 들어 분자, 장치, 회로 등)이다. A voltage source is any source (e.g., a molecule, device, circuit, etc.) that is capable of applying a voltage to a target (e.g., an electrode), as used herein and unless otherwise indicated.

본 명세서에서 사용되고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "작업 전극"은 저장 매체 및/또는 저장 분자의 상태를 설정 또는 판독하기 위하여 사용되는 하나 이상의 전극을 지칭하기 위해 사용된다.
The term "working electrode" is used herein to refer to one or more electrodes used to set or read the state of the storage medium and / or the storage molecule, unless used and indicated otherwise.

장치Device

본 발명의 포스포늄 이온성 액체 조성물의 몇몇 구현예는 다양한 하이브리드 전기 장치를 형성하는 데 유용하다. 예를 들어, 일 구현예에서 장치로서, 제1 전극; 제2 전극; 및 이온성 액체 조성물로 구성된 전해질;을 포함하고, 상기 이온성 액체 조성물이 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온;을 포함하고:Some embodiments of the phosphonium ionic liquid compositions of the present invention are useful in forming a variety of hybrid electrical devices. For example, in one embodiment, an apparatus comprising: a first electrode; A second electrode; And an electrolyte composed of an ionic liquid composition, wherein the ionic liquid composition comprises one or more phosphonium cations of the general formula: And one or more anions;

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이고, 상기 전해질은 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나에 전기적으로 커플링된 장치가 제공된다. 몇몇 구현예에 있어서, 제1 전극은 위에 상세하게 기술된 바와 같이 산화환원 활성 분자(ReAMs)로 구성된다. Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent and the electrolyte is electrically coupled to at least one of the first and second electrodes. In some embodiments, the first electrode comprises redox active molecules (ReAMs) as described in detail above.

다른 구현예에 있어서, 분자 저장 장치로서, 전기 정전용량을 제공할 수 있도록 구성된 작업 전극 및 상대 전극; 상기 일반식의 하나 이상의 포스포늄계 양이온을 포함한 이온전도성 조성물을 포함하는 이온 전도성 조성물로서, 적어도 작업 전극 및 상대 전극에 전기적으로 커플링된 이온 전도성 조성물;을 포함하는 분자 저장 장치가 제공된다. In another embodiment, a molecular storage device includes: a working electrode and a counter electrode configured to provide electrostatic capacitance; An ion conductive composition comprising an ion conductive composition comprising at least one phosphonium cation of the above formula, wherein the ion conductive composition is electrically coupled to at least a working electrode and a counter electrode.

다른 구현예에 있어서, 본 발명은 스위칭 장치, 상기 스위칭 장치에 커플링된 비트 라인 및 워드 라인, 및 상기 스위칭 장치를 통해 접근가능한 분자 저장 장치를 포함하는 분자 메모리 소자를 포함한다. 분자 저장 장치는 2 개 이상의 이산 상태에 배치될 수 있고, 여기서 분자 저장 장치는 비트 및 워드 라인에 인가된 신호에 의한 이산 상태들 중 하나에 배치된다. 분자 저장 장치는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 및 제2 전극 사이의, 포스포늄계 양이온 및 적절한 음이온의 전해질을 포함한다. 다른 구현예는 복수의 분자 저장 소자를 포함하는 분자 메모리 어레이를 포함하고, 여기서 각각의 분자 저장 소자는 2 개 이상의 이산 상태들에 배치될 수 있다. 각각의 분자 저장 소자가 적어도 하나의 비트 라인 및 적어도 하나의 워드 라인에 커플링되고 이에 의해 어드레스 지정될 수 있도록 복수의 비트 라인 및 워드 라인이 복수의 저장 분자 소자에 커플링된다. In another embodiment, the invention includes a molecular memory device comprising a switching device, a bit line and a word line coupled to the switching device, and a molecular storage device accessible through the switching device. The molecular storage device may be disposed in two or more discrete states wherein the molecular storage device is disposed in one of the discrete states by a signal applied to the bit and word lines. The molecular reservoir comprises a first electrode, a second electrode and an electrolyte of a phosphonium-based cation and a suitable anion between the first and second electrodes. Another embodiment includes a molecular memory array comprising a plurality of molecular storage elements, wherein each molecular storage element can be arranged in two or more discrete states. A plurality of bit lines and word lines are coupled to the plurality of storage molecular elements such that each molecular storage element is coupled to and addressable by at least one bit line and at least one word line.

분자 메모리 장치는 분자 저장 소자의 어드레스 지정가능한 어레이를 포함할 수 있다. 어드레스 디코더(address decoder)는 코드화된 어드레스를 수신하고, 이 코드화된 어드레스에 대응하는 워드 라인 신호를 생성한다. 워드 라인 드라이버는 어드레스 디코더에 커플링되어, 증폭된 워드 라인 신호를 생성한다. 증폭된 워드 라인 신호는 분자 저장 소자의 어레이의 멤버를 비트 라인에 선택적으로 커플링한 스위치를 제어한다. 비트 라인에 커플링된 판독/기입 로직은 분자 메모리 장치가 판독 모드에 있는지 또는 기입 모드에 있는지의 여부를 결정한다. 판독 모드에서, 각각의 비트 라인에 커플링된 감지 증폭기(sense amplifiers)는 선택적으로 커플링된 분자 저장 소자의 전자 상태를 검출하고, 선택적으로 커플링된 분자 저장 소자의 전자 상태를 나타내는 비트 라인에 대한 데이터 신호를 생성한다. 기입 모드에서, 판독/기입 로직은 비트 라인 및 선택적으로 커플링된 분자 저장 소자 상으로 데이터 신호를 구동시킨다. The molecular memory device may comprise an addressable array of molecular storage elements. An address decoder receives the coded address and generates a word line signal corresponding to the coded address. A word line driver is coupled to the address decoder to generate the amplified word line signal. The amplified word line signal controls a switch that selectively couples the members of the array of molecular storage elements to the bit line. The read / write logic coupled to the bit line determines whether the molecular memory device is in read mode or in write mode. In the read mode, sense amplifiers coupled to each bit line detect the electronic state of the selectively coupled molecular storage element and selectively couple the bit line to the bit line representing the electronic state of the coupled molecular storage element Thereby generating a data signal. In the write mode, the read / write logic drives the data signal onto the bit line and the selectively coupled molecular storage element.

다른 구현예는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC) 및 시스템 온 칩(system on chip: SOC) 장치 등과 같은 매입형 분자 메모리 장치로 집적된 로직을 포함하는 장치를 포함한다. 그러한 구현(implementation)은 분자 메모리 장치에 모놀리식으로 형성되어 이와 서로 연결된 하나 이상의 기능 요소를 포함한다. 기능 요소는 고체 상태 전자 장치 및/또는 분자 전자 장치를 포함할 수 있다. Other implementations include an apparatus comprising logic integrated into a recessed molecular memory device, such as an application specific integrated circuit (ASIC) and a system on chip (SOC) device. Such an implementation includes one or more functional elements that are monolithically formed in a molecular memory device and connected to one another. The functional element may comprise a solid state electronic device and / or a molecular electronic device.

특정 구현예에 있어서, 분자 저장 장치는 내부에 형성된 활성 장치를 갖는 반도체 기재에 뒤이어, 그 위에 형성된 적층형 구조로서 구현된다. 다른 구현예에 있어서, 분자 저장 장치는 내부에 형성된 활성 장치를 갖는 반도체 기재에 마이크론 또는 나노미터 크기의 구멍으로서 구현된다. 분자 저장 장치는 반도체 기재 및 반도체 기재 내에 이전에 형성된 활성 장치에 적합성이 있는 가공 기법을 사용하여 제작된다. 분자 저장 장치는 예를 들어, 전해질(예를 들어, 세라믹 또는 고체 전해질)로 분리된 2 개 이상의 전극 표면을 갖는 전기화학 셀을 포함한다. 저장 분자(예를 들어, 저장 정보를 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 산화 상태를 갖는 분자)는 전기화학 셀 내의 전극 표면에 커플링된다. In certain embodiments, the molecular storage device is implemented as a stacked structure formed thereon following a semiconductor substrate having an active device formed therein. In another embodiment, the molecular storage device is implemented as a micron or nanometer sized hole in a semiconductor substrate having an active device formed therein. Molecular storage devices are fabricated using processing techniques that are compatible with semiconductor substrates and active devices previously formed in semiconductor substrates. Molecular storage devices include, for example, electrochemical cells having two or more electrode surfaces separated by an electrolyte (e.g., a ceramic or solid electrolyte). A storage molecule (e.g., a molecule having one or more oxidation states that can be used for storage information) is coupled to the electrode surface within the electrochemical cell.

본 발명의 다른 구현예는 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 트랜지스터 스위칭 장치; 워드 라인에 연결된 로우 디코더(row decoder); 비트 라인에 연결된 컬럼 디코더(column decoder); 비트 라인에 접속된 전류 전치 증폭기(preamplifier); 비트 라인에 접속된 감지 증폭기; 코드화된 어드레스를 수신하여 상기 코드화된 어드레스에 대응하는 워드 라인 신호를 생성하는 어드레스 디코더; 어드레스 디코더에 커플링된 라인 드라이버로서, 증폭된 워드 라인 신호를 생성하는 (선택적으로(optionally) 상기 증폭된 워드 라인 신호는 분자 저장 소자의 어레이의 멤버를 비트 라인과 선택적으로 커플링된 스위치를 제어함) 라인 드라이버; 비트 라인에 연결된 판독/기입 로직으로서, 분자 저장 장치가 판독 모드에 있는지 또는 기입 모드에 있는지의 여부를 결정하는 판독/기입 로직; 각각의 비트 라인에 커플링된 감지 증폭기로서, 상기 장치가 판독 모드에 있는 경우 각각의 비트 라인에 커플링된 감지 증폭기는 선택적으로 커플링된 분자 저장 소자의 전자 상태를 검출하고, 선택적으로 커플링된 분자 저장 소자의 전자 상태를 나타내는 비트 라인에 대한 데이터 신호를 생성하는, (상기 장치가 기입 모드에 있는 경우 판독/기입 로직이 비트 라인 및 선택적으로 커플링된 분자 저장 소자 상으로 데이터 신호를 구동시키는) 감지 증폭기; 전해질 층; 및 이들의 조합으로부터 독립적으로 선택된 구성요소의 사용을 포함한다. Another embodiment of the invention is a transistor switching device comprising a field effect transistor; A row decoder coupled to the word line; A column decoder connected to the bit line; A current preamplifier connected to the bit line; A sense amplifier connected to the bit line; An address decoder receiving the coded address and generating a word line signal corresponding to the coded address; A line driver coupled to the address decoder, the amplified word line signal generating optionally an amplified word line signal, wherein the amplified word line signal controls a member of the array of molecular storage elements to selectively control a switch coupled to the bit line, Line driver; The read / write logic coupled to the bit line, the read / write logic determining whether the molecular storage device is in read mode or in write mode; A sense amplifier coupled to each bit line, wherein the sense amplifier coupled to each bit line when the device is in a read mode detects the electronic state of the selectively coupled molecular storage element, (When the device is in the write mode, the read / write logic drives the data signal onto the bit line and the selectively coupled molecular storage element) to generate a data signal for the bit line representing the electronic state of the molecular storage element Sense amplifier); An electrolyte layer; ≪ / RTI > and combinations thereof.

추가적인 구현예는 지면에 커플링되어 있는 제2 전극, 및 수직으로 또는 수평으로 존재하는 비트 및 워드 라인을 포함한다. Additional embodiments include a second electrode coupled to the ground, and bit and word lines that are vertically or horizontally present.

추가적인 구현예는 DRAM 또는 SRAM과 같은 휘발성 메모리, 또는 플래시 또는 강유전체(ferroelectric) 메모리와 같은 비휘발성 메모리를 포함하는 본 발명의 메모리 어레이을 갖는다. Additional implementations include memory arrays of the present invention including volatile memory such as DRAM or SRAM, or non-volatile memory such as flash or ferroelectric memory.

추가적인 구현예는 어레이로서, 여기서 분자 저장 장치가 제1 전극 상에 형성된 부착 층을 포함하고, 상기 부착층이 개구부를 포함하고, 분자 물질이 상기 개구부 내에 있어 제2 전극 층 및 상기 부착층 상에 형성된 전해질 층에 전자적으로 커플링된 어레이를 제공한다. A further embodiment is an array, wherein a molecular storage device comprises an adhesion layer formed on a first electrode, the adhesion layer comprising an opening, molecular material being in the opening and being on the second electrode layer and on the adhesion layer And provides an electronically coupled array to the formed electrolyte layer.

다른 구현예는 특정 기능을 수행하도록 구성된 로직 장치 및 상기 로직 장치에 커플링된 본 발명의 매입형 분자 메모리 장치를 포함하는 모놀리식 집적 장치를 포함한다. 상기 장치는 선택적으로 주문형 집적회로(ASIC), 시스템 온 칩(SOC), 고체 상태 전자 장치 또는 분자 전자 장치를 포함할 수 있다. Other implementations include a logic device configured to perform a particular function and a monolithic integrated device including the embedded type molecular memory device of the present invention coupled to the logic device. The device may optionally include an application specific integrated circuit (ASIC), a system on chip (SOC), a solid state electronic device, or a molecular electronic device.

본 발명의 메모리 장치는 당해 기술분야의 기술자에게 잘 알려진 표준 방법을 사용하여 제작될 수 있다. 바람직한 구현예에 있어서, 표준의 잘 알려진 방법(예를 들어, Rai-Choudhury (1997) The Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication, SPIE Optical Engineering Press; Bard Faulkner (1997) Fundamentals of Microfabrication 참조)에 따라 전극 층(들)이 적절한 기재(예를 들어, 실리카, 유리, 플라스틱, 세라믹 등)에 도포된다. 다양한 기법이 아래 및 미국 특허 제6,212,093호; 제6,728,129호; 제6,451,942호; 제6,777,516호; 제6,381,169호; 제6,208,553호; 제6,657,884호; 제6,272,038호; 제6,484,394호; 미국 특허출원 제10/040,059호; 제10/682,868호; 제10/445,977호; 제10/834,630호; 제10/135,220호; 제10/723,315호; 제10/456,321호; 제10/376,865호; 및 미국 공개공보 제2007/0123618호에도 기재되어 있고, 이들 모두, 특히 거기에서 개괄된 제작 기법에 대하여 참조에 의해 본 명세서에 명시적으로 통합된다. The memory device of the present invention may be fabricated using standard methods well known to those skilled in the art. In a preferred embodiment, the electrode (s) may be deposited according to standard well-known methods (e.g., see Rai-Choudhury (1997) The Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication, SPIE Optical Engineering Press, Bard Faulkner (1997) Fundamentals of Microfabrication) The layer (s) are applied to a suitable substrate (e.g., silica, glass, plastic, ceramic, etc.). A variety of techniques are described below and in U. S. Patents 6,212, 093; 6,728,129; 6,451, 942; 6,777,516; 6,381,169; 6,208,553; 6,657,884; 6,272,038; 6,484, 394; U.S. Patent Application No. 10 / 040,059; 10 / 682,868; 10 / 445,977; 10 / 834,630; 10 / 135,220; 10 / 723,315; 10 / 456,321; 10 / 376,865; And U.S. Publication No. 2007/0123618, all of which are expressly incorporated herein by reference, particularly to fabrication techniques outlined therein.

분자 메모리의 사용으로부터 혜택을 받는 매우 다양한 장치 및 시스템 구조가 존재한다. There are a wide variety of device and system architectures that benefit from the use of molecular memory.

메모리 장치는 N-비트의 로우 어드레스를 로우 어드레스 디코더 내로, M-비트의 컬럼 어드레스를 컬럼 어드레스 디코더 내로 수신함으로써 작동된다. 로우 어드레스 디코더는 하나의 워드 라인상에 신호를 생성한다. 워드 라인은 높은 전류 시그널을 워드 라인상으로 구동하는 워드 라인 드라이버 회로도(circuitry)를 포함할 수 있다. 워드 라인이 칩 표면의 대부분에 걸쳐 연신하는, 길고 얇은 전도체인 경향이 있기 때문에, 워드 라인 시그널을 구동하기 위한 상당한 전류 및 큰 전력 스위치가 필요하다. 그 결과, 라인 드라이버 회로는 다른 로직에 대해서 작동 전력을 제공하는 전원 회로(미도시) 이외에도 종종 전원을 구비하고 있다. 따라서, 워드 라인 드라이버는 큰 구성요소를 포함하려는 경향이 있고, 대량 전류의 고속 스위칭은 노이즈를 생성하고, 전원 및 전력 조절기의 한계를 압박하고, 절연 구조를 압박하려는 경향이 있다. The memory device is operated by receiving the N-bit row address into the row address decoder and the M-bit column address into the column address decoder. The row address decoder generates a signal on one word line. The word line may include a word line driver circuitry that drives a high current signal on the word line. Because the word lines tend to be long, thin conductors that extend over most of the chip surface, a significant current and large power switch is needed to drive the word line signals. As a result, the line driver circuit often has a power supply in addition to a power supply circuit (not shown) that provides operating power for the other logic. Thus, wordline drivers tend to include large components, and high speed switching of large currents tends to create noise, constrain the limits of power and power conditioners, and stress the insulation structure.

통상적인 메모리 어레이에서, 로우(워드 라인)보다 많은 컬럼(비트 라인)이 존재하는 데, 이는 리프레쉬 작동 중에 각각의 워드 라인이 그 워드 라인에 커플링된 모든 저장 소자를 리프레쉬 하도록 활성화되기 때문이다. 따라서, 로우의 수가 적을 수록, 모든 로우들을 리프레쉬하는 데 걸리는 시간이 적어진다. 본 발명의 하나의 특징은 분자 메모리 소자가 수십 초, 수백 초, 수천 초, 또는 효과적으로 무제한의 초의 순서로, 전형적인 커패시터보다 상당히 더 긴 데이터 보유성을 나타내도록 구성될 수 있다는 점이다. 따라서, 리프레쉬 사이클은 매우 낮은 빈도의 규모로 수행되거나 또는 전부 생략될 수 있다. 따라서, 메모리 어레이의 물리적 레이아웃에 실제로 영향을 미치는 리프레쉬에 대한 고려가 완화될 수 있고, 다양한 형상의 어레이가 구현될 수 있다. 예를 들어, 메모리 어레이는 보다 다수의 워드 라인으로 용이하게 제조할 수 있고, 이로써, 각각의 워드 라인이 보다 짧아질 것이다. 그 결과, 워드 라인 드라이버 회로는 더 작아지거나 또는 제거될 수 있는 데, 이는 워드 라인을 고속으로 구동하는데 보다 적은 전류가 필요하기 때문이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 보다 짧은 워드 라인이 보다 빠르게 구동되어, 판독/기입 접근 시간을 향상시킬 수 있다. 또한 또 다른 대안으로, 메모리 장소의 각각의 로우가 복수의 워드 라인을 구비하여, 각각의 메모리 장소의 정보의 복수 상태를 저장하기 위한 메카니즘을 제공할 수 있다.In a typical memory array, there are more columns (bit lines) than rows (word lines), because during a refresh operation, each word line is activated to refresh all the storage elements coupled to that word line. Thus, the lower the number of rows, the less time it takes to refresh all the rows. One feature of the present invention is that the molecular memory device can be configured to exhibit significantly longer data retention than typical capacitors, in the order of tens, seconds, tens of seconds, or effectively unlimited seconds. Thus, the refresh cycle may be performed on a very low frequency scale or may be omitted altogether. Thus, considerations for refreshing that actually affect the physical layout of the memory array can be mitigated, and arrays of various shapes can be implemented. For example, the memory array can be easily fabricated with a larger number of word lines, thereby making each word line shorter. As a result, the word line driver circuit can be smaller or eliminated, because less current is needed to drive the word line at high speed. Alternatively or additionally, shorter word lines may be driven faster, thus improving the read / write access time. Still yet another alternative, each row of memory locations may have a plurality of word lines to provide a mechanism for storing multiple states of information in each memory location.

감지 증폭기는 각각의 비트선에 커플링되고, 그 비트 라인에 커플링된 메모리 소자의 상태를 나타내는 비트 라인 109 상의 신호를 검출하도록 작동되어, 그 상태를 적합한 로직 수준 신호까지 증폭시킨다. 일 구현예에 있어서, 감지 증폭기는 실질적으로 통상적인 디자인으로 구현됨으로써, 통상적인 디자인은 분자 메모리 소자로부터 신호를 검출하고 증폭시키도록 작동할 것이다. 대안적으로, 통상적인 커패시터와는 달리, 일부 분자 저장 소자는 이들의 상태를 나타내는 매우 구분되는 신호를 제공한다. 이러한 구분되는 신호는 통상적인 감지 증폭기 로직에 대한 요구를 감소시킬 수 있는데, 이는 분자 저장 장치로부터의 상태 신호가 통상적인 커패시터에 저장된 신호보다 판독/기입 로직의 버퍼 내로 보다 용이하고 확실하게 래치(latch)될 수 있기 때문이다. 즉, 본 발명은 감지 증폭기의 필요성을 제거하도록 충분히 큰 장치를 제공할 수 있다. A sense amplifier is coupled to each bit line and is activated to detect a signal on bit line 109 that indicates the state of the memory element coupled to that bit line, thereby amplifying the state to a suitable logic level signal. In one embodiment, the sense amplifier is implemented in a substantially conventional design so that the conventional design will operate to detect and amplify the signal from the molecular memory device. Alternatively, unlike conventional capacitors, some molecular storage devices provide a highly distinct signal indicative of their condition. This distinct signal can reduce the need for conventional sense amplifier logic because the status signal from the molecular storage device is more easily and reliably latched into the buffer of the read / write logic than the signal stored in conventional capacitors ). That is, the present invention can provide a device large enough to eliminate the need for a sense amplifier.

판독/기입 로직은 판독 또는 기입 상태에서 메모리 장치를 배치하기 위한 회로도를 포함한다. 판독 상태에서, 분자 어레이로부터의 데이터는 비트선 상에 배치되고(감지 증폭기의 작동 포함 또는 미포함), 판독/기입 로직에서 버퍼/래치에 의해 수집된다. 컬럼 어드레스 디코더는 어느 비트 라인이 특정의 판독 작동에서 활성인지를 선택할 것이다. 기입 작동에서, 판독/기입 로직은 선택된 비트 라인 상으로 데이터 신호를 구동함으로써, 워드 라인이 활성화된 때에 그 데이터가 어드레스 지정된 메모리 소자(들)에 이미 저장된 임의의 데이터를 겹쳐쓰기하게 한다.The read / write logic includes a circuit diagram for placing the memory device in a read or write state. In the read state, data from the array of molecules is placed on the bit line (with or without activation of the sense amplifiers) and is collected by the buffer / latch in the read / write logic. The column address decoder will select which bit line is active in a particular read operation. In a write operation, the read / write logic drives the data signal on the selected bit line, causing the data to overwrite any data already stored in the addressed memory element (s) when the word line is activated.

리프레쉬 작동은 판독 작동과 실질적으로 유사하지만, 반면에 워드 라인은 외부로부터 인가된 어드레스에 의하지 않고, 오히려 리프레쉬 회로도(미도시)에 의해 구동된다. 리프레쉬 작동에서, 감지 증폭기가 사용되는 경우, 이는 메모리 소자의 전류 상태를 나타내는 신호 수준까지 비트 라인을 구동시키고, 그 값은 자동적으로 메모리 소자에 다시 쓰여지게 된다. 판독 작동과는 달리, 비트 라인의 상태가 리프레쉬 중에 판독/기입 로직에 커플링되지 않는다. 이 작동은 사용된 분자의 전하 보유 시간이 사용된 장치의 작동 수명보다 더 적은, 예를 들어 플래쉬 메모리의 경우 대략 10년인 경우에만 필요로 한다. The refresh operation is substantially similar to the read operation, while the word line is driven by a refresh circuit diagram (not shown) rather than by an address applied from the outside. In a refresh operation, when a sense amplifier is used, it drives the bit line to a signal level that indicates the current state of the memory device, and the value is automatically written back to the memory device. Unlike the read operation, the state of the bit line is not coupled to the read / write logic during refresh. This operation is only needed if the charge retention time of the molecule used is less than the operating life of the device used, for example about 10 years for a flash memory.

중앙 처리 유닛과 분자 메모리를 포함하는 예시적인 매입형 시스템에서, 메모리 버스는 CPU와 분자 메모리 장치를 커플링하여, 어드레스, 데이터, 및 제어 신호를 교환한다. 선택적으로, 매입형 시스템은 또한 메모리 버스에 커플링된 통상적인 메모리를 포함할 수 있다. 통상적인 메모리는 랜덤 액세스 메모리(예를 들어, DRAM, SRAM, SDRAM 등), 또는 판독 전용 메모리(예를 들어, ROM, EPROM, EEPROM 등)를 포함할 수 있다. 이들의 다른 유형의 메모리는 데이터 분자 메모리 장치를 캐싱(caching)하는 것, 작동 시스템 또는 BIOS 파일을 저장하는 것 등에 유용할 수 있다. 매입형 시스템은 CPU와 외부 장치 및 시스템과의 통신을 가능하게 하는, 하나 이상의 입력/출력(I/O) 인터페이스를 포함할 수 있다. I/O 인터페이스는 시리얼 포트(serial ports), 병렬 포트, 무선 주파수 포트, 광 포트, 적외선 포트 등에 의해 구현될 수 있다. 더욱이, 인터페이스는 패킷 기반 프로토콜(packet-based protocol)을 포함하는 임의의 이용 가능한 프로토콜을 사용하여 통신하도록 구성될 수 있다.
In an exemplary embedded system that includes a central processing unit and a molecular memory, the memory bus couples the CPU and the molecular memory device to exchange address, data, and control signals. Optionally, the embedded system may also include conventional memory coupled to the memory bus. Typical memories may include random access memory (e.g., DRAM, SRAM, SDRAM, etc.), or read only memory (e.g., ROM, EPROM, EEPROM, etc.). These other types of memory may be useful for caching a data molecular memory device, storing an operating system or a BIOS file, and the like. Embedded systems may include one or more input / output (I / O) interfaces that enable communication between the CPU and external devices and systems. The I / O interface can be implemented by serial ports, parallel ports, radio frequency ports, optical ports, infrared ports, and the like. Moreover, the interface may be configured to communicate using any available protocol including a packet-based protocol.

전지battery

본 발명의 구현예에 따른 포스포늄 이온성 액체, 염, 및 조성물은 전지 용도의 전해질에 매우 적합하다. 일 구현예에 있어서, 양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이의 세퍼레이터; 및 전해질을 포함하는 전지가 제공된다. 전해질은 이온성 액체 조성물 또는 하나 이상의 이온성 액체 또는 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 하나 이상의 이온성 액체 또는 염은 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온;을 포함하고:Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited for electrolytes for battery applications. In one embodiment, the anode; cathode; A separator between the anode and the cathode; And an electrolyte. The electrolyte is comprised of an ionic liquid composition or a salt dissolved in one or more ionic liquids or solvents, wherein the one or more ionic liquids or salts comprise one or more phosphonium cations of the following general formula: And one or more anions;

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이다. 일 구현예에 있어서, 전해질은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 이온성 액체로 구성되고, 여기서 이온성 액체 조성물은 최대 375oC의 열역학적 안정성, 400oC 초과의 액상선(liquidus) 범위, 및 실온에서 적어도 1 mS/cm, 또는 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 다른 구현예에 있어서, 전해질은 용매 중에 용해된, 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 하나 이상의 염으로 구성되고, 여기서, 전해질 조성물은 실온에서 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm, 또는 적어도 15 mS/cm, 또는 적어도 20 mS/cm, 또는 적어도 30 mS/cm, 또는 적어도 40 mS/cm, 또는 적어도 50 mS/cm, 또는 적어도 60 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다.Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent. In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein the ionic liquid composition has a thermodynamic stability of up to 375 ° C, a liquidus of greater than 400 ° C ), And an ionic conductivity of at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In another embodiment, the electrolyte is comprised of at least one phosphonium-based cation and at least one salt having at least one anion dissolved in a solvent, wherein the electrolyte composition is at least 5 mS / cm or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm.

본 발명의 구현예에 따른 전해질 조성물을 포함하는 전지는 본 명세서와 동시에 출원되어 같이 계류 중인 미국 특허 출원 번호__________________(대리인 도킷 번호 057472-060)에 추가로 기재되어 있고, 그 전체 개시는 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. A cell comprising an electrolyte composition according to an embodiment of the present invention is described further in co-pending US patent application Ser. No. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (Attorney Docket No. 057472-060), the entire disclosure of which is incorporated herein by reference Which is incorporated herein by reference.

몇몇 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 하나 이상의 다음의 용매로 구성되나, 이에 제한되지는 않는다: 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 메틸 프로피오네이트 (MP), 플루오로에틸렌 카보네이트 (FEC), 플루오로벤젠 (FB), 비닐렌카보네이트 (VC), 비닐에틸렌 카보네이트 (VEC), 페닐에틸렌 카보네이트 (PhEC), 프로필메틸 카보네이트 (PMC), 디에톡시에탄 (DEE), 디메톡시에탄 (DME), 테트라하이드로푸란 (THF), γ-부티로락톤(GBL) 및 γ-발레로락톤 (GVL).In some embodiments, the electrolyte composition comprises but is not limited to one or more of the following solvents: acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate ), Diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene carbonate VC), vinylethylene carbonate (VEC), phenylethylene carbonate (PhEC), propylmethyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (GBL) and gamma-valerolactone (GVL).

몇몇 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 음이온을 갖는 하나 이상의 리튬 염으로 구성된다: PF6, (CF3)3PF3, (CF3)4PF2, (CF3CF2)4PF2, (CF3CF2CF2)4PF2, (-OCOCOO-)PF4, (-OCOCOO-)(CF3)3PF, (-OCOCOO-)3P, BF4, CF3BF3, (CF3)2BF2, (CF3)3BF, (CF3)4B, (-OCOCOO-)BF2, (-OCOCOO-)BF(CF3), (-OCOCOO-)(CF3)2B, (-OSOCH2SOO-)BF2, (-OSOCF2SOO-)BF2, (-OSOCH2SOO-)BF(CF3), (-OSOCF2SOO-)BF(CF3), (-OSOCH2SOO-)B(CF3)2, (-OSOCF2SOO-)B(CF3)2, CF3SO3, (CF3SO2)2N, (-OCOCOO-)2PF2, (CF3CF2)3PF3, (CF3CF2CF2)3PF3, (-OCOCOO-)2B, (-OCO(CH2)nCOO-)BF(CF3), (-OCOCR2COO-)BF(CF3), (-OCOCR2COO-)B(CF3)2, (-OCOCR2COO-)2B, CF3BF(-OOR)2, CF3B(-OOR)3, CF3B(-OOR)F2, (-OCOCOCOO-)BF(CF3), (-OCOCOCOO-)B(CF3)2, (-OCOCOCOO-)2B, (-OCOCR1R2CR1R2COO-)BF(CF3), 및 (-OCOCR1R2CR1R2COO-)B(CF3)2; 여기서, R, R1 및 R2는 각각 독립적으로 H 또는 F이다.In some embodiments, the electrolyte composition comprises at least one lithium salt having at least one anion selected from the group consisting of: PF 6 , (CF 3 ) 3 PF 3 , (CF 3 ) 4 PF 2 , (CF 3 CF 2) 4 PF 2, ( CF 3 CF 2 CF 2) 4 PF 2, (-OCOCOO-) PF 4, (-OCOCOO -) (CF 3) 3 PF, (-OCOCOO-) 3 P, BF 4, CF 3 BF 3, (CF 3 ) 2 BF 2, (CF 3) 3 BF, (CF 3) 4 B, (-OCOCOO-) BF 2, (-OCOCOO-) BF (CF 3), (-OCOCOO- ) (CF 3) 2 B, (-OSOCH 2 SOO-) BF 2, (-OSOCF 2 SOO-) BF 2, (-OSOCH 2 SOO-) BF (CF 3), (-OSOCF 2 SOO-) BF ( CF 3), (-OSOCH 2 SOO- ) B (CF 3) 2, (-OSOCF 2 SOO-) B (CF 3) 2, CF 3 SO 3, (CF 3 SO 2) 2 N, (-OCOCOO- ) 2 PF 2, (CF 3 CF 2) 3 PF 3, (CF 3 CF 2 CF 2) 3 PF 3, (-OCOCOO-) 2 B, (-OCO (CH 2) n COO-) BF (CF 3 ), (-OCOCR 2 COO-) BF (CF 3), (-OCOCR 2 COO-) B (CF 3) 2, (-OCOCR 2 COO-) 2 B, CF 3 BF (-OOR) 2, CF 3 B (-OOR) 3, CF 3 B (-OOR) F 2, (-OCOCOCOO-) BF (CF 3), (-OCOCOCOO-) B (CF 3) 2, (-OCOCOCOO-) 2 B, (- OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) BF (CF 3 ), and (-O COCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) B (CF 3 ) 2 ; Here, R, R 1 and R 2 are each independently H or F.

추가적인 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 하나 이상의 다음의 리튬 염으로 구성되나, 이에 제한되지는 않는다: 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 퍼클로레이트 (LiClO4), 리튬 헥사플루오로아르세네이트 (LiAsF6), 리튬 트리플루오로메탄술포네이트 또는 리튬 트리플레이트 (LiCF3SO3), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 (Li(CF3SO2)2N 또는 LiIm) 및 리튬 비스(펜타플루오로메탄술포닐)이미드 (Li(CF3CF2SO2)2N 또는 LiBETI).In further embodiments, the electrolyte composition comprises, but is not limited to, one or more of the following lithium salts: lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), Lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate or lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2) 2 N or LiIm) and lithium bis (methanesulfonyl pentafluorophenyl) imide (Li (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N or LiBETI).

추가적인 일 측면에 있어서, 상기 포스포늄 전해질은 감소된 인화성을 가지며, 이에 따라, 전지 작동의 안정성을 향상시킨다. 추가적인 일 측면에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 또는 염은 고체 전해질 계면상(solid electrolyte interphase: SEI) 층 또는 전극 보호층의 형성을 촉진하기 위한 첨가제로서 사용될 수 있다. SEI층은 전기 화학적 안정성 범위를 확대시켜, 전지의 열화 또는 분해 반응을 억제시키고, 이에 따라 전지의 사이클 수명이 향상되는 것을 돕는다. In a further aspect, the phosphonium electrolyte has reduced flammability, thereby improving the stability of battery operation. In a further aspect, a phosphonium ionic liquid or salt may be used as an additive to promote the formation of a solid electrolyte interphase (SEI) layer or electrode protection layer. The SEI layer broadens the electrochemical stability range, inhibiting degradation or decomposition reactions of the cell, thereby helping to improve the cycle life of the cell.

본 발명의 구현예에 따른 포스포늄 이온성 액체, 염, 및 조성물은 리튬 이온 전지 및 충전식 리튬 금속 전지를 포함하는, 다양한 전지, 예를 들어 리튬 일차 전지 및 리튬 이차 전지의 전해질로서 매우 적합하다(때때로, 본 명세서에서 "리튬 전지"로 총괄적으로 지칭됨). 리튬 일차 전지의 예는 다음을 포함하나 이에 제한되지는 않는다: 리튬/이산화 망간(Li/MnO2), 리튬/일불화 탄소(Li/CFx), 리튬/은 바나듐 산화물(Li/Ag2V4O11), Li-(CF)x, 리튬/ 철 이황화철(Li/FeS2), 및 리튬/산화 구리(Li/CuO). 리튬 이온 전지(LIB)의 예는 다음을 포함하나 이에 제한되지는 않는다: 탄소, 흑연, 그래핀, 규소(Si), 주석(Sn), Si/Co 도핑된 탄소, 및 금속 산화물, 예를 들어 리튬 티탄 산화물(LTO) 등의 애노드, 및 리튬 코발트 산화물(LCO)(LiCoO2), 리튬 망간 산화물(LMO)(LiMn2O4), 인산철 리튬(LFP)(LiFePO4), 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC)(Li(NiMnCo)O2), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(NCA)(Li(NiCoAl)O2), 리튬 니켈 망간 산화물(LNMO)(Li2NiMn3O8), 및 리튬 바나듐 산화물(LVO)의 캐소드. 충전식 리튬 금속 전지의 예는 다음을 포함하나 이에 제한되지는 않는다: 리튬 금속 애노드, 및 리튬 코발트 산화물(LCO)(LiCoO2), 리튬 망간 산화물(LiMn2O4), 인산철 리튬(LFP)(LiFePO4), 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC)(Li(NiMnCo)O2), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(NCA)(Li(NiCoAl)O2), 리튬 니켈 망간 산화물(LNMO)(Li2NiMn3O8)의 캐소드, 리튬 /황 전지 및 리튬/공기 전지The phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited as electrolytes for various batteries, such as lithium primary batteries and lithium secondary batteries, including lithium ion batteries and rechargeable lithium metal batteries Sometimes collectively referred to herein as a "lithium battery"). Examples of lithium primary cells, but is not including, the following limitation: lithium / manganese dioxide (Li / MnO 2), lithium / day fluorocarbon (Li / CFx), a lithium / silver vanadium oxide (Li / Ag 2 V 4 O 11 ), Li- (CF) x , lithium / iron disulfide (Li / FeS 2 ), and lithium / copper oxide (Li / CuO). Examples of lithium ion batteries (LIB) include, but are not limited to: carbon, graphite, graphene, silicon (Si), tin (Sn), Si / Co doped carbon, and metal oxides, (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LMO) (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LFP) (LiFePO 4 ), lithium nickel manganese cobalt (Ni (NiMnCo) O 2 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) (Li (NiCoAl) O 2 ), lithium nickel manganese oxide (LNMO) (Li 2 NiMn 3 O 8 ), and lithium vanadium oxide (LVO). Examples of rechargeable lithium metal batteries include, but are not limited to, lithium metal anodes and lithium cobalt oxide (LCO) (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LFP) LiFePO 4), lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) (Li (NiMnCo) O 2), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) (Li (NiCoAl) O 2), lithium nickel-manganese oxide (LNMO) (Li 2 NiMn 3 O 8 ), a lithium / sulfur battery and a lithium / air battery

추가적인 일 구현예에 있어서, 에너지 저장에 대한 상기 접근은 전기화학적 이중층 커패시터(double layer capacitors: EDLCs)와 결합되어, 전지 및 EDLC의 어레이을 포함하는 하이브리드 에너지 저장 시스템을 형성할 수 있다.
In a further embodiment, the approach to energy storage may be combined with electrochemical double layer capacitors (EDLCs) to form a hybrid energy storage system comprising an array of cells and EDLC.

전기화학적 Electrochemical 이중층Double layer 커패시터 Capacitor

본 발명의 구현예에 따른 포스포늄 이온성 액체, 염, 및 조성물은 전기화학적 커패시터 또는 수퍼커패시터 또는 울트라커패시터로도 지칭되는 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)에서의 전해질로서 매우 적합하다. EDLC는 통상적인 커패시터보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있고, 이러한 에너지를 2차 전지보다 높은 속도로 방전할 수 있는 에너지 저장 장치이다. 뿐만 아니라, 전기화학적 커패시터의 사이클 수명은 전지 시스템의 수명을 훨씬 초과해야 한다. EDLC는 펄스 형태의 전력을 요구하는 유망 기술 영역 중 전위 응용에서 매력적이다. 이러한 응용의 예들은 밀리초(millisecond) 범위의 펄스 전력을 요구하는 디지털 통신 장치 및 높은 전력 수요가 초에서부터 분까지 지속될 수 있는 전기 자동차에서의 구동 전력 시스템(traction power system)을 포함한다. 전지 성능 및 사이클 수명은 전력 수요가 증가함에 따라 현저히 악화된다. 커패시터-전지의 조합이 제안되었는데, 여기서 커패시터는 피크 전력을 처리하고, 전지는 펄스 사이의 지속적인 부하를 제공한다. 이러한 하이브리드 전력 시스템은 시스템의 크기 또는 중량의 증가 없이, 전체적인 전력 성능을 향상시킬 수 있고, 전지 사이클 수명을 연장시킬 수 있다. Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited as electrolytes in electrochemical bi-layer capacitors (EDLC), also referred to as electrochemical capacitors or supercapacitors or ultracapacitors. EDLC is an energy storage device capable of storing more energy than conventional capacitors and discharging this energy at a higher rate than secondary cells. In addition, the cycle life of electrochemical capacitors must far exceed the lifetime of the battery system. EDLC is attractive in dislocation applications among promising technologies that require pulsed power. Examples of such applications include digital communication devices that require pulse power in the millisecond range and traction power systems in electric vehicles where high power demands can last from seconds to minutes. Battery performance and cycle life are significantly degraded as power demand increases. A capacitor-cell combination has been proposed wherein the capacitor processes the peak power and the battery provides a continuous load between the pulses. Such a hybrid power system can improve the overall power performance and increase the battery cycle life without increasing the size or weight of the system.

EDLC는 일반적인 디자인의 관점에서 기본적으로 전지와 동일하고, 전극 활물질 내의 전하 저장의 성질이 용량성(capacitive)인 점에서 차이가 있다; 즉, 충전 및 방전 과정은 오직 고체 전자상(solid electronic phase)을 통한 전자적 전하의 이동 및 전해액 상을 통한 이온성 이동을 포함한다. 전지와 비교하면, 더 높은 전력 밀도 및 더 긴 사이클 수명이 달성될 수 있는데, 이는 EDLC 장치 내의 전극/전해질 계면에서 속도 결정적 및 수명 제한적 상 변환(phase transformation)이 일어나지 않기 때문이다.EDLC is basically the same as a battery in terms of general design, and differs in that the nature of charge storage in the electrode active material is capacitive; That is, the charging and discharging process involves only the movement of the electronic charge through the solid electronic phase and the ionic movement through the electrolyte phase. Compared with batteries, higher power density and longer cycle life can be achieved because no rate-limiting and life-limited phase transformation occurs at the electrode / electrolyte interface in the EDLC device.

지배적인 EDLC 기술은 높은 표면적의 탄소 전극에서의 이중층 유형의 충전에 기초한 것으로, 여기서 커패시터는 탄소 표면을 탄소 표면으로 이동하는 용액 상 중의 상대 이온(counter-ion)으로 전자적 충전함으로써 탄소/전해질 계면에서 형성되는데, 이는 전하의 균형을 맞추기 위함이다. 다른 기술은 전도성 폴리머 및 특정 금속 산화물의 전극에서의 슈도 용량(pseudocapacitance) 유형의 충전을 기초로 한다. EDLC에서의 사용을 위해 전도성 폴리머가 연구되었다. 충전이 단지 외부 표면보다는 활성 폴리머 재료의 체적을 통하여 일어나기 때문에 더 높은 에너지 밀도가 달성될 수 있다. 또한, EDLC에서의 사용을 위해 금속 산화물이 연구되었다. 이러한 활물질에서의 충전은 재료의 체적을 통하여 일어나고, 결과적으로, 관찰된 전하 및 에너지 밀도가 전도성 폴리머로부터 얻어진 것들과 상응하거다 또는 훨씬 더 높음이 보고되었다. The dominant EDLC technology is based on the double layer type of charging at high surface area carbon electrodes where the capacitor is electronically charged with a counter-ion in the solution phase moving the carbon surface to the carbon surface, , Which is to balance the charge. Other techniques are based on the charging of the pseudocapacitance type at the electrodes of conductive polymers and certain metal oxides. Conductive polymers have been studied for use in EDLC. Higher energy densities can be achieved because the charge only occurs through the volume of active polymer material rather than the outer surface. Metal oxides have also been studied for use in EDLC. Charging in these active materials occurs through the volume of the material and, consequently, the observed charge and energy density are reported to be comparable or even higher than those obtained from the conductive polymer.

본 발명의 일 구현예에 있어서, EDLC 장치는 단일셀을 포함한다. 도 1을 참조하면, 단일셀 EDLC(10)의 도식적인 단면도가 보여지며, 이는 집전체 판들(14, 14')에 결합된 한 쌍의 전극(12, 12'), 상기 2개의 전극 사이에 끼워진 세퍼레이터 필름 또는 막(16) 및 상기 세퍼레이터 및 하나 이상의 전극의 기공을 투과하고, 채우는 전해액(18)(미도시)을 포함한다.In one embodiment of the invention, the EDLC device comprises a single cell. 1, there is shown a schematic cross-sectional view of a single-cell EDLC 10, which includes a pair of electrodes 12, 12 'coupled to current collector plates 14, 14' An embedded separator film or membrane 16 and an electrolytic solution 18 (not shown) that permeates and fills the pores of the separator and the at least one electrode.

본 발명의 다른 구현예에 있어서, 도 2a 및 2b를 참조하면, 상기 커패시터 전극은 2개의 전극(22, 24)이 "바이폴라" 집전체(26)의 양면 상에 부착되는 바이폴라 배열(20)로 제작될 수 있다. 필요한 더 높은 전압(및 전력)을 제공하기 위하여 많은 수의 단일셀을 바이폴라 스택으로 배열함으로써 멀티셀 EDLC이 제작될 수 있다. 예시적인 멀티셀 EDLC(30)가 도 2b에 나타나며, 여기서 바이폴라 스택은 4개의 단위 셀(32 내지 38)로 구성된다. 각각의 셀은 도 1에서의 단일셀(10)의 구조와 동일한 구조를 갖는다. 상기 바이폴라 스택에서, 각각의 셀은 단일 집전체 판에 의해 이웃한 셀과 분리되는데, 이러한 단일 집전체 판은 셀 사이의 이온성 벽으로서의 역할도 한다. 이러한 디자인은 셀을 통과하는 전류 경로를 최적화하고, 셀들 사이의 저항 손실(ohmic loss)을 감소시키고, 집전으로 인한 패키징 중량을 최소화한다. 그 결과, 커패시터는 더 높은 에너지 및 전력 밀도를 갖는다.2A and 2B, the capacitor electrode is a bipolar array 20 in which two electrodes 22, 24 are attached on both sides of a "bipolar" current collector 26 Can be produced. A multi-cell EDLC can be fabricated by arranging a large number of single cells in a bipolar stack to provide the higher voltage (and power) needed. An exemplary multi-cell EDLC 30 is shown in Figure 2B, wherein the bipolar stack consists of four unit cells 32-38. Each cell has the same structure as that of the single cell 10 in Fig. In the bipolar stack, each cell is separated from a neighboring cell by a single current collector plate, which also serves as an ionic wall between the cells. This design optimizes the current path through the cell, reduces ohmic losses between cells, and minimizes packaging weight due to current collection. As a result, the capacitors have higher energy and power densities.

몇몇 구현예들에 있어서, EDLC는 평면 또는 편평한 구조의 전극/세퍼레이터/전극 조립체를 갖도록 형성된다. 다른 구현예들에 있어서, EDLC는 실린더형(cylindrical) 및 프리즘형(prismatic) 구조와 같은 권취된(wound) 나선형 구조의 전극/세퍼레이터/전극 조립체를 갖도록 형성된다.In some embodiments, the EDLC is formed with a flat or flat structure of electrode / separator / electrode assemblies. In other embodiments, the EDLC is formed with an electrode / separator / electrode assembly having a wound spiral structure, such as a cylindrical and prismatic structure.

몇몇 구현예들에 있어서, 상기 전극은 높은 표면적의 활물질 마이크로 또는 나노 입자로 제조되며, 이는 바인더 재료에 의해 함께 결합되어 다공성 구조를 형성한다. 바인더를 갖는 압축 분말 이외에, 활물질은 섬유, 직조(woven fiber), 펠트, 발포체(foam), 천(cloth), 에어로겔(arogel) 및 메조비드(mesobead)와 같은 기타 형태로 제작될 수 있다. 상기 활물질의 예는, 이에 제한되는 것은 아니나, 카본 블랙, 흑연, 그래핀과 같은 탄소류; 탄소-금속 복합체; 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜과 같은 전도성 폴리머; 리튬, 루테늄, 탄탈, 로듐, 이리듐, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 또는 바나듐의 산화물, 염화물, 브롬화물, 황산염, 질산염, 황화물, 수소화물, 질화물, 인화물, 또는 셀렌화물; 및 이들의 조합을 포함한다.In some embodiments, the electrodes are made of high surface area active material micro- or nanoparticles, which are bonded together by a binder material to form a porous structure. In addition to the compressed powder with the binder, the active material can be made in other forms such as fibers, woven fibers, felt, foam, cloth, arogel and mesobead. Examples of the active material include, but are not limited to, carbon species such as carbon black, graphite, and graphene; Carbon-metal complex; Conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, and polythiophene; Oxides, chlorides, bromides, sulfates, nitrates, sulfides, hydrides, nitrides, phosphides, or selenides of lithium, ruthenium, tantalum, rhodium, iridium, cobalt, nickel, molybdenum, tungsten or vanadium; And combinations thereof.

몇몇 구현예들에 있어서, 상기 전극 바인더 재료는, 이에 제한되는 것은 아니나, 하기 중 하나 이상으로부터 선택된다: 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVdF), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아크릴레이트, 아크릴레이트형 코폴리머 (ACM), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC), 폴리아크릴산 (PAA), 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리비닐에테르(PVE) 또는 이들의 조합.In some embodiments, the electrode binder material is selected from one or more of the following: polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber ( SBR), polyacrylonitrile (PAN), polyacrylate, acrylate copolymer (ACM), carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylic acid (PAA), polyamide, polyimide, polyurethane, polyvinyl ether PVE) or a combination thereof.

몇몇 구현예들에 있어서, 상기 세퍼레이터 재료는, 이에 제한되는 것은 아니나, 하기 중 하나 이상으로부터 선택된다: 폴리에틸렌 (PE) 및 폴리프로필렌 (PP)과 같은 미세다공성 폴리올레핀의 필름 또는 막, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVdF), PVdF 코팅된 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리비닐 클로라이드, 레조르시놀 포름알데히드 폴리머, 셀룰로오스 종이, 비직조 폴리스티렌 천, 아크릴성 수지 섬유, 비직조 폴리에스테르 필름, 폴리카보네이트 막 및 섬유 유리 종이 또는 이들의 조합.In some embodiments, the separator material is selected from one or more of the following, including but not limited to: films or membranes of microporous polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVdF), PVdF coated polyolefin, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride, resorcinol formaldehyde polymer, cellulose paper, nonwoven polystyrene cloth, acrylic resin fiber, nonwoven polyester film, poly A carbonate film and a fiber glass paper or a combination thereof.

일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 이온성 액체 조성물 또는 하나 이상의 이온성 액체 또는 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 이는 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온;을 포함하고:In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid composition or a salt dissolved in one or more ionic liquids or solvents, which comprises a phosphonium-based cation of one or more of the following general formulas: And one or more anions;

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기, 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나, 후술하는 바와 같은 알킬기이다. 몇몇 구현예들에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 1 내지 6 개의 탄소 원자, 더욱 통상적으로 1 내지 4개의 탄소 원자로 구성되는 알킬기이다. 임의의 하나 이상의 염은 100oC 이하의 온도에서 액체 또는 고체일 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 염은 하나의 양이온 및 하나의 음이온 쌍으로 구성된다. 다른 구현예에 있어서, 염은 하나의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된다. 다른 구현예에 있어서, 염은 하나의 음이온 및 다수의 양이온으로 구성된다. 추가적인 구현예에 있어서, 염은 다수의 양이온과 다수의 음이온으로 구성된다. Here, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a substituent, for example, but not limited to, an alkyl group as described below. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group consisting of 1 to 6 carbon atoms, more typically 1 to 4 carbon atoms. Any one or more of the salts may be liquid or solid at a temperature of 100 o C or lower. In some embodiments, the salt consists of one cation and one anion pair. In another embodiment, the salt consists of one cation and a number of anions. In another embodiment, the salt consists of one anion and a plurality of cations. In a further embodiment, the salt consists of a plurality of cations and a plurality of anions.

일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 이온성 액체로 구성되고, 여기서 이온성 액체 조성물은 최대 375oC의 열역학적 안정성, 400oC 초과의 액상선 범위, 및 실온에서 적어도 1 mS/cm, 또는 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 다른 구현예에 있어서, 전해질은 용매 중에 용해된, 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 하나 이상의 염으로 구성되고, 여기서 전해질 조성물은 실온에서 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm, 또는 적어도 15 mS/cm, 또는 적어도 20 mS/cm, 또는 적어도 30 mS/cm, 또는 적어도 40 mS/cm, 또는 적어도 50 mS/cm, 또는 적어도 60 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다.In one embodiment, the electrolyte being composed of an ionic liquid having at least one phosphonate nyumgye cations and one or more anions, wherein the ionic liquid composition is thermodynamically stable, the liquidus range of 400 o C in excess of up to 375 o C , And at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In another embodiment, the electrolyte is comprised of one or more salts having one or more phosphonium-based cations and one or more anions dissolved in a solvent, wherein the electrolyte composition is at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm , Or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm.

다른 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 하나 이상의 통상적인 비포스포늄 염을 더 포함한다. 몇몇 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 통상적인 염으로 구성될 수 있고, 여기서 본 명세서에 개시된 포스포늄계 이온성 액체 또는 염은 첨가제이다. 몇몇 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 포스포늄계 이온성 액체 또는 염 및 하나 이상의 통상적인 염으로 구성되고, 포스포늄계 이온성 액체 또는 염: 통상적인 염은 1:100 내지 1:1의 범위의 몰(또는 몰의) 비로 존재한다. 통상적인 염의 예는, (CH3CH2)4N+, (CH3CH2)3(CH3)N+, (CH3CH2)2(CH3)2N+, (CH3CH2)(CH3)3N+, (CH3)4N+와 같은 테트라알킬암모늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 피리디늄, 피라지늄, 피리미디늄, 피리다지늄 및 피롤리디늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 양이온; 및 ClO4 -, BF4 -, CF3SO3 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, (CF3SO2)2N-, (CF3CF2SO2)2N- 및 (CF3SO2)3C-로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 음이온;으로 구성된 염을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 몇몇 구현예에 있어서, 하나 이상의 통상적인 염은 다음을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다: 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트 (TEABF4), 트리에틸메틸암모늄 테트라플루오로보레이트 (TEMABF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIBF4), 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 테트라플루오로보레이트 (EMPBF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 (EMIIm), 및 1-에틸-3- 메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트 (EMIPF6). 몇몇 구현예에 있어서, 하나 이상의 통상적인 염은 다음의 리튬계 염을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다: 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 퍼클로레이트 (LiClO4), 리튬 헥사플루오로아르세네이트 (LiAsF6), 리튬 트리플루오로메탈술포네이트 또는 리튬 트리플레이트 (LiCF3SO3), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 (Li(CF3SO2)2N 또는 LiIm) 및 리튬 비스(펜타플루오로메탄술포닐)이미드 (Li(CF3CF2SO2)2N 또는 LiBETI). In another embodiment, the electrolyte composition further comprises one or more conventional non-phosphonium salts. In some embodiments, the electrolyte composition can be composed of conventional salts, wherein the phosphonium ionic liquids or salts disclosed herein are additives. In some embodiments, the electrolyte composition is comprised of a phosphonium ionic liquid or salt and one or more conventional salts, and the phosphonium ionic liquid or salt: a conventional salt is in the range of 1: 100 to 1: 1 Mol (or molar) ratio. Conventional salts example, (CH 3 CH 2) 4 N +, (CH 3 CH 2) 3 (CH 3) N +, (CH 3 CH 2) 2 (CH 3) 2 N +, (CH 3 CH 2 ) (CH 3) 3 N + , (CH 3) 4 N + and tetraalkylammonium, already as imidazolium, pyrazolium, pyridinium, avoid large titanium, pyrimidinyl titanium, flutes Dodge titanium and the group consisting of pyrrolidine pyridinium At least one cation selected from: And ClO 4 -, BF 4 -, CF 3 SO 3 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (CF3CF 2 SO 2) 2 N - and (CF 3 SO 2 ) 3 C - . In another embodiment of the present invention, In some embodiments, one or more conventional salts include, but are not limited to, tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), 1- Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate (EMPBF 4 ) Romero tansul sulfonyl) imide (EMIIm), and phosphate (EMIPF 6) as imidazolium hexafluoro-1-ethyl-3-methyl. In some embodiments, one or more conventional salts include, but are not limited to, the following lithium-based salts: lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate or lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li 3 SO 2 ) 2 N or LiIm) and lithium bis (pentafluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N or LiBETI).

몇몇 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 하나 이상의 다음의 용매로 더 구성되나, 이에 제한되지는 않는다: 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 메틸 프로피오네이트 (MP), 플루오로에틸렌 카보네이트 (FEC), 플루오로벤젠 (FB), 비닐렌카보네이트 (VC), 비닐에틸렌 카보네이트 (VEC), 페닐에틸렌 카보네이트 (PhEC), 프로필메틸 카보네이트 (PMC), 디에톡시에탄 (DEE), 디메톡시에탄 (DME), 테트라하이드로푸란 (THF), γ-부티로락톤(GBL), 및 γ-발레로락톤 (GVL).In some embodiments, the electrolyte composition further comprises, but is not limited to, one or more of the following solvents: acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (VC), vinylethylene carbonate (VEC), phenylethylene carbonate (PhEC), propylmethyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran Lactone (GBL), and gamma-valerolactone (GVL).

일 구현예에 있어서, 본 명세서에 개시된 상기 포스포늄 전해질 조성물은 예를 들어, 침지(soaking), 스프레이, 스크린 프린팅 등과 같은 임의의 적절한 수단에 의한 셀 조립 이전에 다공성 전극 및 세퍼레이터 상에 도포될 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 본 명세서에 개시된 포스포늄 전해질 조성물은 셀 조립한 이후에 임의의 적절한 수단, 예를 들어, 진공 주입 장치를 사용함으로써 다공성 전극 및 세퍼레이터 상에 도포될 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 상기 본 명세서에 개시된 포스포늄 전해질 조성물은 폴리머 겔 전해질 필름 또는 막의 형태일 수 있다. 대안적으로, 상기 폴리머 겔 전해질은 상기 전극에 직접 도포될 수 있다. 프리스탠딩(free-standing) 겔 전해질 필름 또는 겔 전해질로 코팅된 전극은 높은 체적 및 높은 처리량(throughput)의 제조 공정, 예를 들어, 롤-투-롤 권취 공정에 특히 적합하다. 이러한 전해질 필름의 다른 이점은 전해질로서뿐만 아니라 세퍼레이터로서 기능할 수 있다는 것이다. 이러한 전해질 필름은 전해질 전달체로서 또한 사용되어, 전해액의 양 및 분포를 정밀하게 제어하고, 이에 따라, 셀 조립 일관성을 향상시키고, 생성물 수율을 증가시킬 수 있다. 몇몇 구현예들에 있어서, 상기 전해질 필름은 2008년 2월 7일에 출원되고, 동시 계류중인 특허 출원 번호 제12/027,924호에 개시된 바와 같은 막으로 구성되며, 그 전체 개시는 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.In one embodiment, the phosphonium electrolyte compositions disclosed herein can be applied onto a porous electrode and a separator prior to cell assembly by any suitable means such as, for example, soaking, spraying, screen printing, have. In other embodiments, the phosphonium electrolyte compositions disclosed herein can be applied onto the porous electrode and the separator after cell assembly by using any suitable means, for example, a vacuum injection apparatus. In another embodiment, the phosphonium electrolyte composition disclosed herein may be in the form of a polymer gel electrolyte film or membrane. Alternatively, the polymer gel electrolyte can be applied directly to the electrode. Electrodes coated with free-standing gel electrolyte films or gel electrolytes are particularly suitable for high volume and high throughput manufacturing processes, for example, roll-to-roll winding processes. Another advantage of such an electrolyte film is that it can function not only as an electrolyte but also as a separator. Such an electrolyte film can also be used as an electrolyte carrier to precisely control the amount and distribution of electrolyte, thereby improving cell assembly consistency and increasing product yield. In some embodiments, the electrolyte film comprises a membrane as disclosed in co-pending patent application number 12 / 027,924, filed February 7, 2008, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety Lt; / RTI >

몇몇 구현예들에 있어서, 상기 집전체는, 이에 제한되는 것은 아니나, 알루미늄 판 또는 호일 또는 필름, 탄소 코팅된 알루미늄, 스테인레스 강, 탄소 코팅된 스테인레스 강, 금, 백금, 은, 고전도성 금속 또는 탄소 도핑된 플라스틱 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.In some embodiments, the current collector may include, but is not limited to, an aluminum plate or foil or film, carbon coated aluminum, stainless steel, carbon coated stainless steel, gold, platinum, silver, Doped plastic, or a combination thereof.

일 구현예에 있어서, 단일셀 EDLC(10)의 전극(12, 12') 둘 다 동일한 유형의 활물질로 제작되어 대칭(symetric) 전극 구성을 제공할 수 있다. 대안적으로, EDLC는 비대칭 전극 구성을 가질 수 있는데, 이때 각각의 전극은 상이한 유형의 활물질의 형태이다. 바람직한 구현예에 있어서, 대칭 EDLC가 비대칭 EDLC보다 제조하기 쉽다. 또한, 대칭 EDLC는 2개의 전극의 극성이 반대로(reversed) 되는 것이 가능하며, 이는 장기간 충전 사이클링 동안 연속적 고성능이라는 이점을 가능하게 한다. 그러나, 비대칭 EDLC는 그 선택이 비용 및 성능에 의해 결정되는 전극 재료로부터 선택된다.In one embodiment, both electrodes 12 and 12 'of the single cell EDLC 10 may be fabricated from the same type of active material to provide a symmetrical electrode configuration. Alternatively, the EDLC may have an asymmetric electrode configuration, where each electrode is in the form of a different type of active material. In a preferred embodiment, the symmetric EDLC is easier to manufacture than the asymmetric EDLC. In addition, the symmetric EDLC is capable of reversing the polarity of the two electrodes, which enables the advantage of continuous high performance during long-term charge cycling. However, the asymmetric EDLC is selected from electrode materials whose selection is determined by cost and performance.

예시적인 일 구현예에 있어서, EDLC 장치는 알루미늄 집전체에 결합된 활성 탄소로부터 제조된 한 쌍의 다공성 전극, 2개의 전극들 사이에 샌드위치된 NKK 셀룰로오스 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터 및 상기 전극들의 기공을 투과하고, 채우는 본 명세서에 개시된 포스포늄 전해질을 포함한다.In an exemplary embodiment, the EDLC device comprises a pair of porous electrodes made from activated carbon bonded to an aluminum current collector, an NKK cellulose separator sandwiched between the two electrodes, and a pore of the separator and the electrodes , And the filling includes the phosphonium electrolyte disclosed in this specification.

다른 예시적인 구현예에 있어서, EDLC는 셀 부품의 스택으로 제조된다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 활성 탄소 입자의 전극 활물질 및 바인더는 집전체의 한면에 부착되어 단면 전극(single-sided electrode)을 형성하거나 또는 "바이폴라" 집전체의 양면에 부착되어 바이폴라 또는 양면 전극(double-sided electrode)을 형성한다. 멀티셀 스택은 제1 NKK 셀룰로오스 세퍼레이터를 상기 제1 단면 전극의 상부에 배치하고, 제1 바이폴라 전극을 상기 제1 세퍼레이터 상부에 배치하고, 제2 세퍼레이터를 상기 제1 바이폴라 전극 상부에 배치하고, 제2 바이폴라 전극을 상기 제2 세퍼레이터 상부에 배치하고, 제3 세퍼레이터를 상기 제2 바이폴라 전극 상부에 배치하고, 제3 바이폴라 전극을 상기 제3 세퍼레이터 상부에 배치하고, 제4 세퍼레이터를 상기 제3 바이폴라 전극 상부에 배치하고, 제2 단면 전극을 상기 제4 세퍼레이터 상부에 배치하여 4개의 셀 스택을 형성함으로써 제조된다. 더 많은 셀을 포함하는 EDLC가 제조되어 전술한 바와 같은 제1 멀티셀 모듈을 형성할 수 있다. 상기 모듈은 이후, 원하는 수의 모듈이 달성될 때까지 다른 모듈의 상부에 스태킹(stacking) 될 수 있다. 상기 전극/세퍼레이터/전극 조립체의 가장자리 주변은 부분적으로 봉인된다. 가장자리가 완전히 봉인되기 이전에, 본 명세서에 개시된 포스포늄 전해질의 충분한 양이 상기 조립체로 첨가되어 상기 세퍼레이터 및 상기 전극들의 기공을 채운다.In another exemplary embodiment, the EDLC is fabricated as a stack of cell components. As shown in FIGS. 2A and 2B, the electrode active material and the binder of activated carbon particles may be attached to one side of the current collector to form a single-sided electrode or attached to both sides of the "bipolar & Thereby forming a double-sided electrode. In the multi-cell stack, a first NKK cellulosic separator is disposed on the first cross-section electrode, a first bipolar electrode is disposed on the first separator, a second separator is disposed on the first bipolar electrode, A second bipolar electrode is disposed on the second separator, a third separator is disposed on the second bipolar electrode, a third bipolar electrode is disposed on the third separator, and a fourth separator is disposed on the third bipolar electrode And the second cross-sectional electrode is disposed on the fourth separator to form four cell stacks. An EDLC containing more cells may be fabricated to form the first multi-cell module as described above. The module may then be stacked on top of another module until a desired number of modules is achieved. The periphery of the edge of the electrode / separator / electrode assembly is partially sealed. Before the edges are completely sealed, a sufficient amount of the phosphonium electrolyte described herein is added to the assembly to fill the pores of the separator and the electrodes.

다른 예시적인 구현예에 있어서, 나선형으로 권취된 EDLC가 형성된다. 활성탄소 입자의 전극 활물질 및 바인더는 집전체의 양면에 부착되어 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같은 구조와 유사한 양면 전극을 형성한다. 상기 전극/세퍼레이터 스택 또는 조립체는 제1 전극을 제1 Celgard® 폴리프로필렌/폴리에틸렌 세퍼레이터 상부에 배치하고, 제2 세퍼레이터를 상기 제1 전극 상부에 배치하고, 제2 전극을 상기 제2 세퍼레이터 상부에 배치함으로써 제조된다. 상기 스택은 둥근 나선형의 조밀한(tight) 셀 중심으로 권취되어 실린더형 구조를 형성하거나 또는 편평한 나선형의 조밀한 셀 중심으로 권취되어 프리즘형 구조를 형성한다. 이후, 상기 스택은 가장자리가 부분적으로 봉인되거나 또는 캔 안에 배치된다. 최종 봉인 이전에, 본 명세서에서 기술된 임의의 전해질의 충분한 양이 상기 스택의 세퍼레이터 및 전극들의 기공에 첨가된다.In another exemplary embodiment, spirally wound EDLC is formed. The electrode active material and the binder of the activated carbon particles adhere to both sides of the current collector to form a double-sided electrode similar in structure to that shown in Figs. 2A and 2B. The electrode / separator stack or assembly includes a first electrode disposed on the first Celgard® polypropylene / polyethylene separator, a second separator disposed on the first electrode, a second electrode disposed on the second separator, . The stack is wound around a round spiral tight cell center to form a cylindrical structure or is wound around a flat, helical, dense cell center to form a prismatic structure. Thereafter, the stack is partially sealed or disposed in the can. Prior to final sealing, a sufficient amount of any of the electrolytes described herein is added to the pores of the separator and electrodes of the stack.

다른 예시적인 구현예에 있어서, EDLC 장치는 본 명세서에 개시된 상기 포스포늄 전해질 조성물 및 하나의 전극 또는 둘 다에 대한 전극 활물질로서 전도성 폴리머를 사용하여 제작될 수 있는데, 이는 상기 장치의 총 저장 밀도를 증가시키기 위함이다. 상기 전도성 폴리머는 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리티오펜을 포함하는 임의의 전도성 유기 재료 종류로부터 선택될 수 있다. 폴리티오펜, 예를 들어, 폴리(3-(4-플루오로페닐)티오펜) (PFPT)이 특히 흥미로운데, 이는 전기화학적 사이클링에 대한 우수한 안정성을 가지며, 쉽게 가공될 수 있는 것으로 알려져 있다.In another exemplary embodiment, an EDLC device may be fabricated using a conductive polymer as an electrode active material for the phosphonium electrolyte composition and one electrode or both disclosed herein, which may reduce the total storage density of the device . The conductive polymer may be selected from any of the conductive organic material classes including polyaniline, polypyrrole and polythiophene. Polythiophenes, such as poly (3- (4-fluorophenyl) thiophene) (PFPT), are particularly interesting because they have excellent stability to electrochemical cycling and are known to be readily processable.

추가적인 예시적인 일 구현예에 있어서, EDLC 장치는 본 명세서에 개시된 포스포늄 전해질 조성물, 높은 표면적의 활성 탄소로 제조된 캐소드(양전극) 및 리튬 이온이 삽입된(intercalated) 흑연으로 제조된 애노드(음전극)을 사용하여 제작될 수 있다. 형성된 EDLC는 리튬 이온 커패시터(LIC)로 지칭되는 비대칭 하이브리드 커패시터이다.In a further illustrative embodiment, the EDLC device comprises an anode (negative electrode) made of graphite, a cathode made of a high surface area activated carbon (positive electrode) and lithium ion intercalated graphite, . ≪ / RTI > The EDLC formed is an asymmetric hybrid capacitor referred to as a lithium ion capacitor (LIC).

강화된 에너지 사이클 효율 및 최대 전력 전달을 위한 중요한 요건은 낮은 셀의 등가 직렬 저항(equivalent series resistance: ESR)이다. 따라서, EDLC 전해질의 경우 이온 이동에 대하여 높은 전도도를 갖는 것이 유용하다. 놀랍게도, 본 명세서에 개시된 포스포늄 전해질 조성물이, 전술된 바와 같이, 통상적인 전해질을 대체하는 경우, 또는 포스포늄 염이 통상적인의 전해질과 함께 첨가제로서 사용되는 경우, 이온 전도도가 상당히 증가하고, EDLC 장치의 성능 안정성이 하기 실시예로부터 볼 수 있는 바와 같이, 크게 향상된다.An important requirement for enhanced energy cycle efficiency and maximum power delivery is equivalent cell series equivalent series resistance (ESR). Thus, for EDLC electrolytes it is useful to have a high conductivity for ion transport. Surprisingly, when the phosphonium electrolyte compositions described herein replace conventional electrolytes, as described above, or when phosphonium salts are used as additives with conventional electrolytes, ionic conductivity is significantly increased and EDLC The performance stability of the device is greatly improved as can be seen from the following examples.

예시적인 일 구현예에 있어서, 무용매의 순수한 포스포늄 이온성 액체 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3는 15.2 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. In an exemplary embodiment, the solventless pure phosphonium ionic liquid (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 has an ionic conductivity of 15.2 mS / cm .

다른 예시적인 구현예에 있어서, 상기 포스포늄 이온성 액체 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3는 아세토니트릴(ACN)의 용매 중에 혼합된 경우 1.5 내지 2.0의 ACN/이온성 액체 부피비에서 75 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. In another exemplary embodiment, when the phosphonium ionic liquid (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 is mixed in a solvent of acetonitrile (ACN) And an ionic conductivity of 75 mS / cm at an ACN / ionic liquid volume ratio of 1.5 to 2.0.

다른 예시적인 구현예에 있어서, 포스포늄 이온성 액체 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3는 프로필렌 카보네이트(PC)의 용매 중에 혼합된 경우, 0.75 내지 1.25의 PC/이온성 액체 부피비에서 22 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. In another exemplary embodiment, when the phosphonium ionic liquid (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 is mixed into the solvent of propylene carbonate (PC) And an ion conductivity of 22 mS / cm at a PC / ionic liquid volume ratio of 0.75 to 1.25.

다른 예시적인 구현예에 있어서, 다양한 포스포늄염을 아세토니트릴(ACN) 용매 중에 1.0 M의 농도로 용해시켰다. 생성된 전해질은 실온에서 약 28 mS/cm 초과, 또는 약 34 mS/cm 초과, 또는 약 41 mS/cm 초과, 또는 약 55 mS/cm 초과, 또는 약 61 mS/cm 초과의 이온 전도도를 나타내었다. In another exemplary embodiment, various phosphonium salts were dissolved at a concentration of 1.0 M in acetonitrile (ACN) solvent. The resulting electrolyte exhibited ionic conductivities of greater than about 28 mS / cm, or greater than about 34 mS / cm, or greater than about 41 mS / cm, or greater than about 55 mS / cm, or greater than about 61 mS / cm at room temperature .

다른 예시적인 구현예에 있어서, EC(에틸렌 카보네이트) 및 DEC(디에틸카보네이트)가 1 : 1의 중량비로 혼합된 용매(EC:DEC=1:1로서 언급됨) 중의 1.0 M의 LiPF6의 통상적인 전해액에, 포스포늄염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3가 10 w%로 첨가된다. 상기 전해질의 이온 전도도는 포스포늄 첨가제의 첨가로 -30℃에서 109%, +20℃ 및 +60℃에서 약 25%까지 증가한다. 일반적으로, 통상적인 전해액의 이온 전도도는 포스포늄 첨가제의 결과로서 적어도 25%까지 증가한다. In another exemplary embodiment, a typical (but not exclusive) solution of 1.0 M LiPF 6 in a solvent (EC: DEC = 1: 1) mixed in a weight ratio of EC (ethylene carbonate) (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 is added in an amount of 10% by weight to the phosphorous electrolytic solution. The ionic conductivity of the electrolyte increases up to about 25% at -30 ° C at 109%, + 20 ° C, and + 60 ° C with the addition of a phosphonium additive. Generally, the ionic conductivity of conventional electrolytes increases by at least 25% as a result of the phosphonium additive.

추가적인 예시적인 구현예에 있어서, EC(에틸렌 카보네이트), DEC(디에틸카보네이트) 및 EMC(에틸메틸 카보네이트)가 1 : 1 : 1의 중량비로 혼합된 용매(EC:DEC:EMC 1:1:1로서 언급됨) 중의 1.0 M의 LiPF6의 통상적인 전해액에, 포스포늄 염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3가 10 w%로 첨가된다. 상기 전해질의 이온 전도도는 포스포늄 첨가제의 첨가로 20℃에서 36%, 60℃에서 26%, 및 90℃에서 38%까지 증가한다. 일반적으로, 통상적인 전해액의 이온 전도도는 포스포늄 첨가제의 결과로서 적어도 25%까지 증가한다. In a further exemplary embodiment, a solvent (EC: DEC: EMC 1: 1: 1) mixed in a weight ratio of EC (ethylene carbonate) mentioned search) to a conventional electrolyte solution of LiPF 6 in the 1.0 M of, phosphonium salts (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 PCF 3 BF 3 is added to 10 w% as. The ionic conductivity of the electrolyte increases by 36% at 20 DEG C, 26% at 60 DEG C, and 38% at 90 DEG C with the addition of the phosphonium additive. Generally, the ionic conductivity of conventional electrolytes increases by at least 25% as a result of the phosphonium additive.

상기 세퍼레이터는 셀 ESR의 최대 단일 소스인 것으로 확인되었다. 따라서, 적절한 세퍼레이터는 전해질로 침지되는 경우 높은 이온 전도도를 가지고, 최소 두께를 가질 필요가 있다. 일 구현예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 약 100 μm 두께 미만이다. 다른 구현예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 약 50 μm 두께 미만이다. 다른 구현예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 약 30 μm 두께 미만이다. 또 다른 구현예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 약 10 μm 두께 미만이다.The separator was found to be the largest single source of cell ESR. Therefore, a suitable separator has a high ionic conductivity when immersed in an electrolyte and needs to have a minimum thickness. In one embodiment, the separator is less than about 100 μm thick. In another embodiment, the separator is less than about 50 탆 thick. In another embodiment, the separator is less than about 30 탆 thick. In another embodiment, the separator is less than about 10 탆 thick.

본 명세서에서 개시된, 통상적인 전해질의 대체품으로 또는 첨가제로서 포스포늄 염을 사용하는, 신규의 포스포늄 전해질 조성물의 다른 중요한 이점은, 이들이 통상적인 전해질에 비하여 보다 넓은 전기화학적 전압 안정성 범위를 나타내는 것이다. Another important advantage of the novel phosphonium electrolyte compositions disclosed herein, which use phosphonium salts as replacements for conventional electrolytes or as additives, is that they exhibit a wider electrochemical voltage stability range over conventional electrolytes.

몇몇 예시적인 구현예에 있어서, 다양한 포스포늄염이 아세토니트릴(ACN) 용매 중에 용해되어, 1.0 M의 농도의 전해액을 형성한다. 전기화학적 전압 범위는 Pt 작업 전극, Pt 상대 전극 및 Ag/Ag+ 기준 전극을 갖는 셀에서 측정된다. 일 배치에 있어서, 안정한 전압 범위는 약 -3.0 V 내지 +2.4 V이다. 다른 배치에 있어서, 전압 범위는 약 -3.2 V 내지 +2.4 V이다. 다른 배치에 있어서, 전압 범위는 약 -2.4 V 내지 +2.5 V이다. 다른 배치에 있어서, 전압 범위는 약 -1.9V 내지 +3.0 V이다. In some exemplary embodiments, various phosphonium salts are dissolved in an acetonitrile (ACN) solvent to form an electrolyte at a concentration of 1.0 M. The electrochemical voltage range is measured in a cell having a Pt working electrode, a Pt counter electrode and an Ag / Ag + reference electrode. In one arrangement, the stable voltage range is about -3.0 V to +2.4 V. In another arrangement, the voltage range is about -3.2 V to +2.4 V. In another arrangement, the voltage range is about -2.4 V to +2.5 V. In another arrangement, the voltage range is about -1.9V to +3.0V.

추가적인 예시적인 구현예들에 있어서, 단일셀 EDLC는 2개의 탄소 전극, 상기 2개의 전극 사이에 샌드위치된 셀룰로오스 세퍼레이터 및 프로필렌 카보네이트(PC) 용매 중에 1.0 M 농도로 용해된 다양한 포스포늄 염의 전해액으로 구성된다. 일 배치에 있어서, 상기 EDLC는 0 V 에서 3.9 V까지 충전 및 방전될 수 있다. 다른 배치에 있어서, 상기 EDLC는 0 V 에서 3.6 V까지 충전 및 방전될 수 있다. 다른 배치에 있어서, 상기 EDLC는 0 V 에서 3.3 V까지 충전 및 방전될 수 있다. 대칭 구조로 구성된 EDLC의 추가적인 배치에 있어서, 상기 EDLC는 -3.9 V 내지 +3.9 V, 또는 -3.6 V 내지 +3.6 V, 또는 -3.3 V 내지 +3.3 V로 작동될 수 있다.In further exemplary embodiments, the single cell EDLC is composed of two carbon electrodes, a cellulose separator sandwiched between the two electrodes, and an electrolyte of various phosphonium salts dissolved in a 1.0 M concentration in a propylene carbonate (PC) solvent . In one arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0 V to 3.9 V. In another arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0 V to 3.6V. In another arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0 V to 3.3 V. In an additional arrangement of EDLCs configured in a symmetric structure, the EDLC may be operated at -3.9 V to +3.9 V, or -3.6 V to +3.6 V, or -3.3 V to +3.3 V.

통상적인 ELDC 전해질의 대체품으로 또는 첨가제로서 포스포늄 염을 사용하는, 본 명세서에 개시된 포스포늄 전해질 조성물의 사용의 다른 중요한 이점은, 이들이 통상의 전해질에 비하여 감소된 증기압 및 이에 따른 감소된 인화성을 나타내고, 따라서, EDLC 작동의 안정성을 향상시킨다는 점이다. 본 발명의 일 측면에 있어서, 포스포늄 염이 (통상적인, 비포스포늄염을 함유하는) 통상적인 전해질과 함께 첨가제로서 사용되는 경우, 포스포늄 염 및 통상적인 염은 전해질 중에 1/100 내지 1/1의 범위의 포스포늄 염/ 통상적인 염의 몰비로 존재한다. 통상적인 염의 예는, 이에 한정되는 것은 아니나, 테트라에틸암모늄 테트라플루오르보레이트 (TEABF4), 트리에틸메틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TEMABF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(EMIBF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(EMIIm), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트(EMIPF6)을 포함한다. Another important advantage of the use of the phosphonium electrolyte compositions disclosed herein, either as a replacement for conventional ELDC electrolytes or using phosphonium salts as additives, is that they exhibit reduced vapor pressure and thus reduced flammability compared to conventional electrolytes , Thus improving the stability of EDLC operation. In one aspect of the present invention, when a phosphonium salt is used as an additive with a conventional electrolyte (containing a conventional, non-phosphonium salt), the phosphonium salt and the conventional salt are used in an amount of from 1/100 to 1 / 1 < / RTI > of the phosphonium salt / conventional salt. Examples of typical salts include, but are not limited to, tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4), 1- ethyl-3-methylimidazolium bis (methanesulfonyl trifluoromethanesulfonyl) imide (EMIIm), including phosphate (EMIPF 6), 1- ethyl-3-methyl imidazolium hexafluoro in do.

예시적인 일 구현예에 있어서, 전해질은 아세토니트릴(ACN)의 용매 중에 1.0 M의 농도로 포스포늄염-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3를 용해시킴으로써 형성된다. ACN의 증기압은 25℃에서 약 39%, 105℃에서 38% 까지 낮아진다. 포스포늄염에 의한 증기압의 상당한 억제는 전해액의 인화성을 감소시키는 것, 따라서 장치 동작의 안전성을 향상시키는 것에 이점이 있다. In an exemplary embodiment, the electrolyte is a phosphonium salt - (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 in a concentration of 1.0 M in a solvent of acetonitrile (ACN) Is dissolved. The vapor pressure of ACN is reduced to about 39% at 25 ° C and to 38% at 105 ° C. Significant inhibition of the vapor pressure by the phosphonium salt has the advantage of reducing the flammability of the electrolyte, thus improving the safety of the device operation.

다른 예시적인 구현예에 있어서, EC(에틸렌 카보네이트) 및 DEC(디에틸카보네이트)가 1 : 1의 중량비로 혼합된 용매 중의 1.0 M의 LiPF6의 통상적인 전해액은 Novolyte Technologies (BASF 그룹의 계열사)에 의해 제공되었다. 상기 표준 전해액에 포스포늄염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3가 20 w%로 첨가되었다. 상기 통상적인 전해질에 상기 포스포늄 첨가제를 첨가함에 따라 자기 소화 시간(self-extinguishing time)이 53%까지 감소되었다. 이는, 에너지 저장 장치의 안정성 및 신뢰성이 통상적인 전해질에 첨가제로서 포스포늄 염을 사용함으로써 실질적으로 향상될 수 있음을 나타낸다.In another exemplary embodiment, a conventional electrolyte solution of 1.0 M LiPF 6 in a solvent in which EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) are mixed in a weight ratio of 1: 1, is supplied by Novolyte Technologies (a subsidiary of BASF group) Lt; / RTI > A phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was added to the standard electrolyte at 20 wt%. The self-extinguishing time was reduced by 53% by adding the phosphonium additive to the conventional electrolyte. This indicates that the stability and reliability of the energy storage device can be substantially improved by using phosphonium salts as additives in conventional electrolytes.

종래 기술과 비교할 때, 본 발명에 따라 형성된 EDLC의 추가적인 중요한 이점은 이들의 넓은 온도 범위이다. 하기 실시예에서 보여질 수 있는 바와 같이, 본 명세서에서 개시된 신규 포스포늄 전해질로 제조된 EDLC는 약 --50 oC 내지 +120 oC, 또는 약 -40 oC 내지 +105 oC, 또는 -20 oC 내지 +85 oC, 또는 -10 oC 내지 +65 oC의 온도 범위에서 작동될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 재료 및 구조로, 이제 확장된 온도 범위에서 기능할 수 있는 EDLC를 제조하는 것이 가능하다. 이는 이러한 장치를 제조 및/또는 작동 동안 넓은 온도 범위를 경험하는 넓은 응용에서 구현하는 것을 가능하게 한다.An additional significant advantage of EDLC formed in accordance with the present invention, compared to the prior art, is their broad temperature range. As can be seen in the following examples, the EDLC made with the novel phosphonium electrolytes disclosed herein has a pH of from about -50 ° C to +120 ° C, or from about -40 ° C to + 105 ° C, 20 ° C to + 85 ° C, or -10 ° C to +65 ° C. Thus, with the materials and structures disclosed herein, it is now possible to produce EDLC that can function in the extended temperature range. This makes it possible to implement such a device in a wide range of applications that experience a wide temperature range during manufacture and / or operation.

몇몇 바람직한 구현예들에 있어서, 상기 EDLC는 다양한 전압 및 온도 조합에서 작동하도록 디자인된다. 일 배치에 있어서, 상기 EDLC은 2.5 V 및 120 oC에서 작동될 수 있다. 다른 배치에 있어서, 상기 EDLC은 2.7 V 및 105 oC에서 작동될 수 있다. 다른 배치에 있어서, 상기 EDLC는 2.8 V 및 85 oC에서 작동될 수 있다. 다른 배치에 있어서, 상기 EDLC은 3.0 V 및 70 oC에서 작동될 수 있다. 추가적인 일 배치에 있어서, 상기 EDLC은 3.5 V 및 60 oC에서 작동될 수 있다. In some preferred embodiments, the EDLC is designed to operate at various voltage and temperature combinations. In one arrangement, the EDLC is comprised of 2.5 V and 120 < RTI ID = 0.0 > o Can be operated in C In another arrangement, the EDLC is 2.7 V and 105 < RTI ID = 0.0 > o Can be operated in C In another arrangement, the EDLC is 2.8 V and 85 < RTI ID = 0.0 > o Can be operated in C In another arrangement, the EDLC is comprised of 3.0 V and 70 < RTI ID = 0.0 > o Can be operated in C In a further arrangement, the EDLC can be operated at 3.5 V and 60 o C.

추가적인 일 구현예에 있어서, 에너지 저장에 대한 상기 접근은 전지와 함께 조합되어, 전지 및 EDL의 어레이를 포함하는 커패시터-전지 하이브리드 에너지 저장 시스템을 형성할 수 있다.
In a further embodiment, the approach to energy storage may be combined with a cell to form a capacitor-cell hybrid energy storage system comprising an array of cells and an EDL.

전해 커패시터Electrolytic capacitor

본 발명의 구현예에 따른 포스포늄 이온성 액체, 염, 및 조성물은 전해 커패시터(electrolytic capacitors)의 전해질에 매우 적합하다. 일 구현예에 있어서, 양극(캐소드); 음극(애노드); 상기 양극과 음극 사이의 세퍼레이터; 및 전해질을 포함하는 전해 커패시터가 제공된다. 전해질은 이온성 액체 조성물 또는 하나 이상의 이온성 액체 또는 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 하나 이상의 이온성 액체 또는 염은 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온;을 포함하고:Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions in accordance with embodiments of the present invention are well suited to electrolytes of electrolytic capacitors. In one embodiment, the anode (cathode); Cathode (anode); A separator between the anode and the cathode; And an electrolytic solution is provided. The electrolyte is comprised of an ionic liquid composition or a salt dissolved in one or more ionic liquids or solvents, wherein the one or more ionic liquids or salts comprise one or more phosphonium cations of the following general formula: And one or more anions;

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이다. 일 구현예에 있어서, 전해질은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 이온성 액체로 구성되고, 여기서 이온성 액체 조성물은 최대 375oC의 열역학적 안정성, 400oC 초과의 액상선 범위, 및 실온에서 적어도 1 mS/cm, 또는 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 다른 구현예에 있어서, 전해질은 용매 중에 용해된, 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖는 하나 이상의 염으로 구성되고, 여기서 전해질 조성물은 실온에서 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm, 또는 적어도 15 mS/cm, 또는 적어도 20 mS/cm, 또는 적어도 30 mS/cm, 또는 적어도 40 mS/cm, 또는 적어도 50 mS/cm, 또는 적어도 60 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 몇몇 구현예에 있어서, 전해질 조성물은 하나 이상의 다음의 용매로 구성되나, 이에 제한되지는 않는다: 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트 (EC), 프로필렌 카보네이트 (PC), 부틸렌 카보네이트 (BC), 디메틸 카보네이트 (DMC), 디에틸 카보네이트 (DEC), 에틸메틸 카보네이트 (EMC), 메틸에틸 카보네이트 (MEC), 메틸 프로피오네이트 (MP), 플루오로에틸렌 카보네이트 (FEC), 플루오로벤젠 (FB), 비닐렌카보네이트 (VC), 비닐에틸렌 카보네이트 (VEC), 페닐에틸렌 카보네이트 (PhEC), 프로필메틸 카보네이트 (PMC), 디에톡시에탄 (DEE), 디메톡시에탄 (DME), 테트라하이드로푸란 (THF), γ-부티로락톤(GBL), 및 γ-발레로락톤 (GVL). 일 구현예에 있어서, 양극-애노드는 전형적으로 전해질 산화물 또는 애노드화에 의해 형성된 산화물 박막을 갖는 알루미늄 호일(foil)이다. 알루미늄이 애노드에 대한 바람직한 금속이지만, 탄탈륨, 마그네슘, 티타늄, 니오븀, 지르코늄 및 아연과 같은 다른 금속도 사용될 수 있다. 음극-캐소드는 보통 에칭된 알루미늄 호일이다. 추가적인 일 측면에 있어서, 포스포늄 전해질은 통상적인 전해질에 비하여 감소된 인화성을 나타내고, 따라서 전해 커패시터 작동의 안정성을 향상시킨다.
Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent. In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein the ionic liquid composition has a thermodynamic stability of up to 375 ° C, a liquidus line range of greater than 400 ° C, And at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In another embodiment, the electrolyte is comprised of one or more salts having one or more phosphonium-based cations and one or more anions dissolved in a solvent, wherein the electrolyte composition is at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm , Or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm. In some embodiments, the electrolyte composition comprises but is not limited to one or more of the following solvents: acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate ), Diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene carbonate VC), vinylethylene carbonate (VEC), phenylethylene carbonate (PhEC), propylmethyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (GBL), and gamma -valerolactone (GVL). In one embodiment, the anode-anode is typically an aluminum oxide or an aluminum foil having an oxide thin film formed by anodization. Although aluminum is the preferred metal for the anode, other metals such as tantalum, magnesium, titanium, niobium, zirconium and zinc may also be used. The cathode-cathode is usually an aluminum foil etched. In a further aspect, the phosphonium electrolyte exhibits reduced flammability compared to conventional electrolytes, thus enhancing the stability of electrolytic capacitor operation.

염료 감응 태양 전지Dye-sensitized solar cell

본 발명의 구현예에 따른 포스포늄 이온성 액체, 염, 및 조성물은 염료 감응 태양 전지(dye sensitized solar cells: DSSCs)의 전해질에 매우 적합하다. 일 구현예에 있어서, 염료 분자 부착된 애노드, 산화환원 시스템을 포함하는 전해질, 및 캐소드를 포함하는 DSSC가 제공된다. 전해질은 이온성 액체 조성물 또는 하나 이상의 이온성 액체 또는 용매 중에 용해된 염으로 구성되고, 하나 이상의 이온성 액체 또는 염은 하나 이상의 하기 일반식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온;을 포함하고:The phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited for electrolytes of dye sensitized solar cells (DSSCs). In one embodiment, there is provided a DSSC comprising a dye molecule attached anode, an electrolyte comprising a redox system, and a cathode. The electrolyte is comprised of an ionic liquid composition or a salt dissolved in one or more ionic liquids or solvents, wherein the one or more ionic liquids or salts comprise one or more phosphonium cations of the following general formula: And one or more anions;

R1R2R3R4PR 1 R 2 R 3 R 4 P

여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환기이다. 다른 구현예에 있어서, 전해질은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖고, 여기서 전해질 조성물은 열역학적 안정성, 낮은 휘발성, 넓은 액상선 범위, 이온 전도도, 화학적 안정성, 및 전기화학적 안정성 중 적어도 2 개 이상을 나타내는 것으로 특성화된다. 다른 구현예에 있어서, 전해질은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 갖고, 여기서 전해질 조성물은 최대 대략적으로 375oC 이상의 온도의 열역학적 안정성, 및 적어도 5 mS/cm, 또는 적어도 10 mS/cm, 또는 적어도 15 mS/cm의 이온 전도도를 나타내는 것으로 특성분석된다.
Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent. In another embodiment, the electrolyte has at least one phosphonium-based cation and at least one anion wherein the electrolyte composition has at least two of thermodynamic stability, low volatility, broad liquid line range, ionic conductivity, chemical stability, and electrochemical stability Or more. In another embodiment, the electrolyte has at least one phosphonium-based cation and at least one anion, wherein the electrolyte composition has a thermodynamic stability of at least about 375 o C and a conductivity of at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm , Or at least 15 mS / cm.

전해 필름Electrolytic film

본 발명의 구현예에 따른 포스포늄 이온성 액체, 염, 및 조성물은 전해 또는 전해질 필름으로 매우 적합하다. 일 구현예에 있어서, 기재에 도포된 포스포늄 이온성 액체 조성물을 포함하는 전해 필름이 제공된다. 다른 구현예에 있어서, 기재에 도포된 하나 이상의 포스포늄 이온성 액체 또는 용매 중에 용해된 염을 포함하는 전해 필름이 제공된다. 일 실시예에 있어서, 하나 이상의 포스포늄 이온성 액체 또는 염은 용매 중에 용해되어 코팅액을 형성한다. 상기 코팅액을 임의의 적절한 방식, 예를 들어, 스프레이, 스핀 코팅 등에 의해 기재에 도포한다. 이후, 상기 기재를 가열하여 용매를 부분적으로 또는 전부 제거하고, 전해질 또는 이온 전도성 필름을 형성한다. 다른 구현예에 있어서, 적절한 용매 중에 용해된 이온성 액체, 염 및 폴리머의 용액을, 예를 들어 스프레이 또는 스핀 코팅에 의하여기재 상으로 코팅하고, 다음으로 용매를 부분적으로 또는 전부 증발시킨다. 이로써, 이온 전도성 폴리머 겔/필름이 형성된다. 그러한 필름은 특히 전지, EDLC, 및 DSSC의 전해질, 및 연료 전지 멤브레인으로서 적합하다.
Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited as electrolytic or electrolyte films. In one embodiment, there is provided an electrolytic film comprising a phosphonium ionic liquid composition applied to a substrate. In another embodiment, there is provided an electrolytic film comprising at least one phosphonium ionic liquid applied to a substrate or a salt dissolved in a solvent. In one embodiment, the at least one phosphonium ionic liquid or salt is dissolved in the solvent to form a coating solution. The coating solution is applied to the substrate in any suitable manner, for example, by spraying, spin coating, or the like. Then, the substrate is heated to partially or wholly remove the solvent to form an electrolyte or an ion conductive film. In another embodiment, a solution of the ionic liquid, salt and polymer dissolved in a suitable solvent is coated onto the substrate, for example by spray or spin coating, and then the solvent is partially or fully evaporated. Thereby, an ion conductive polymer gel / film is formed. Such films are particularly suitable as batteries, EDLC, and electrolytes of DSSC, and fuel cell membranes.

열전달 매체Heat transfer medium

본 발명의 포스포늄 이온성 액체의 높은 열역학적 안정성, 낮은 휘발성 및 넓은 액상선 범위의 바람직한 특성은 열전달 매체로서 매우 적합하다. 본 발명의 몇몇 구현예는, 열전달 매체로서 이온성 액체 조성물 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 염을 포함하고, 하나 이상의 염은 하나 이상의 포스포늄계 양이온 및 하나 이상의 음이온을 포함하고, 여기서 열전달 매체는 최대 대략적으로 375oC의 온도의 열역학적 안정성 및 400oC 초과의 액상선 범위를 나타내는 열전달 매체를 제공한다. 몇몇 구현예에 있어서, 본 발명의 열전달 매체는 고온 반응 매체이다. 다른 구현예에 있어서, 본 발명의 열전달 매체는 방열 매체(heat extraction media)이다.
The high thermodynamic stability, low volatility, and desirable properties of the wide liquid line range of the phosphonium ionic liquids of the present invention are well suited as heat transfer media. Some embodiments of the present invention include an ionic liquid composition as a heat transfer medium or at least one salt dissolved in a solvent, wherein at least one salt comprises at least one phosphonium-based cation and at least one anion, wherein the heat transfer medium has a maximum approximately it provides the heat transfer medium that represents the liquidus range of thermodynamic stability and 400 o C in excess of the temperature of 375 o C. In some embodiments, the heat transfer medium of the present invention is a high temperature reaction medium. In another embodiment, the heat transfer medium of the present invention is a heat extraction medium.

다른 응용Other applications

본 발명의 포스포늄 이온성 액체는 추가의 응용에서의 용도가 발견된다. 일 예시적인 구현예에 있어서, 매입형 커패시터가 입증된다. 일 구현예에 있어서, 매입형 커패시터는 2 개의 전극들 사이에 배치된 유전체로 구성되고, 상기 유전체는 전술된 바와 같은 포스포늄 이온성 조성물의 전해 필름으로 구성된다. 본 발명의 매입형 커패시터는 집적 회로 패키지에 매입될 수 있다. 추가적인 구현예는 "온 보드(on-board)" 커패시터 배치를 포함한다. The phosphonium ionic liquids of the present invention find use in further applications. In one exemplary embodiment, embedded capacitors are verified. In one embodiment, the buried capacitor is comprised of a dielectric disposed between two electrodes, and the dielectric is comprised of an electrolytic film of a phosphonium ionic composition as described above. Embedded capacitors of the present invention may be embedded in an integrated circuit package. Additional implementations include "on-board" capacitor placement.

상기 설명은 예시적인 것을 의미하며, 이러한 포스포늄 이온성 액체 전해질 조성물의 응용을 열거된 응용 또는 공정으로 제한하지 않는다.
The above description is meant to be exemplary, and the application of such phosphonium ionic liquid electrolyte compositions is not limited to the listed applications or processes.

실시예Example

본 발명의 구현예들은 이하 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 기술된다. 아래 제공된 실시예는 예시적인 목적만을 의도하며 본 발명의 범위 및/또는 교시를 제한하려는 것이 아니다. Embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the following specific embodiments. The embodiments provided below are intended for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope and / or teaching of the invention.

일반적으로, 포스포늄 이온성 액체를 적절하게 치환된 포스포늄 염과 적절하게 치환된 금속 염과의 복분해 반응(metathesis reactions), 또는 적절하게 치환된 포스핀 전구체와 적절하게 치환된 음이온 전구체와의 반응 중 어느 하나에 의하여 제조하였다. 도 3 내지 6은 본 발명의 포스포늄 이온성 액체의 4 개의 예시적인 구현예를 제조하기 위한 반응식을 예시한다. Generally, the phosphonium ionic liquid is reacted with metathesis reactions with a suitably substituted phosphonium salt and a suitably substituted metal salt, or with an appropriately substituted phosphine precursor and an appropriately substituted anion precursor . ≪ / RTI > Figures 3-6 illustrate reaction schemes for preparing four exemplary embodiments of the phosphonium ionic liquids of the present invention.

실시예Example 1 One

포스포늄 이온성 액체를 제조하였다. AgSO3CF3를 50 ml 둥근 바닥(Rb) 플라스크 내로 채우고, 3 cm 스위블 프릿(swivel frit)에 조립하였다. 상기 플라스크를 비우고(evacuated), 글러브 박스 내로 가지고 왔다. 상기 글러브 박스에서, 디-n-프로필 에틸 메틸 포스포늄 아이오다이드를 첨가하고, 상기 플라스크를 재조립하고, 이를 진공 라인으로 가지고 와서, 비우고, 무수 THF를 이 안으로 진공 이송하였다. 상기 플라스크를 실온까지 따뜻하게 하고, 그 다음 2 시간 동안 40℃까지 가열시켰다. 이로써, 옅은 녹색의 비드형 고체가 형성되었다. 이 고체를 여과하여 제거하였다. 이로써 진주같은 유백색의 용액을 얻었다. 휘발성 물질을 30℃의 고온 배스를 사용하여 가열하면서 고진공 하에서 제거하였다. 이로써, 0.470g의 수량을 갖는 백색 결정성 물질이 생성되었다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하고, 그 결과를 도 7에 도시하였다. A phosphonium ionic liquid was prepared. AgSO 3 CF 3 was filled into a 50 ml round bottom (Rb) flask and assembled into a 3 cm swivel frit. The flask was evacuated and brought into a glove box. In the glove box, di-n-propylethylmethylphosphonium iodide was added and the flask was reassembled, brought to a vacuum line, emptied, and anhydrous THF was transferred in vacuo. The flask was allowed to warm to room temperature and then heated to 40 [deg.] C for 2 hours. As a result, a pale green bead-like solid was formed. The solid was filtered off. This gave a milky white solution like pearls. The volatiles were removed under high vacuum with heating using a hot bath at 30 占 폚. As a result, a white crystalline material having a yield of 0.470 g was produced. The material was subjected to thermogravimetric analysis (TGA) and the results are shown in FIG.

실시예Example 2 2

추가의 포스포늄 이온성 액체를 제조하였다. 디-n-프로필 에틸 메틸 포스포늄 아이오다이드를 글러브 박스 내에서 100 ml Rb 플라스크에 첨가하고, 그 다음 50 ml의 DI H2O 중에서 분리 및 용해시켰다. 이 용액에, AgO2CCF3를 첨가하였고, 즉시 황색의 비드형 침전물을 얻었다. 2 시간 동안 교반 후에, AgI를 여과에 의해 분리하고, 상기 덩어리(cake)를 각각 5 ml의 DI H2O로 3회 씻어내었다. 대부분의 물을 회전식 증발기 상에서 제거하였다. 이로써, 투명한, 저점도의 액체를 얻었고, 그 다음 이를 가열 및 교반과 함께 고진공 하에서 건조하였다. 이로써 상기 물질이 응고되었다. 따뜻한 수조에서 백색 고체의 온화한 가온(warming)으로 액체가 생겼고, 이는 실온 바로 위에서 용융되는 것으로 보였다. 이 실험으로 0.410g의 물질을 얻었다. 상기 반응식을 도 8a에 도시하였다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석 (TGA) 및 생성 가스 분석(evolved gas analysis: EGA) 테스트를 수행하였고, 그 결과를 도 8b 및 8c에 각각 도시하였다. Additional phosphonium ionic liquids were prepared. Di-n-propylethyl methylphosphonium iodide was added to a 100 ml Rb flask in a glove box and then separated and dissolved in 50 ml DI H 2 O. To this solution, AgO 2 CCF 3 was added and immediately a yellow bead-like precipitate was obtained. After stirring for 2 hours, AgI was separated by filtration and the cake was washed three times with 5 ml DI H 2 O each. Most of the water was removed on a rotary evaporator. Thereby, a clear, low viscosity liquid was obtained, which was then dried under high vacuum with heating and stirring. This resulted in solidification of the material. In warm baths, a gentle warming of the white solid produced a liquid, which appeared to melt just above room temperature. This experiment yielded 0.410 g of material. The above reaction formula is shown in Fig. Thermogravimetric analysis (TGA) and evolved gas analysis (EGA) tests were performed on the material and the results are shown in Figures 8b and 8c, respectively.

실시예Example 3 3

이 실시예에서는, 디-n-프로필 에틸 메틸 포스포늄 아이오다이드를 글러브 박스 내에서 100 ml Rb 플라스크에 첨가하고, 다음으로 이를 흄 후드(fume hood)에서 꺼내어, 70 ml MeOH 중에 용해시켰다. 다음으로, AgO2CCF2CF2CF3를 첨가하였고, 즉시 황색의 슬러리를 얻었다. 3 시간 동안 교반 후에, 고체를 여과에 의해 분리하고, 대부분의 MeOH를 회전식 증발기에 의해 제거하고, 남아있는 잔여물을 고진공 하에서 건조하였다. 이로써, 황색의 겔형 슬러시 물질을 얻었다. "액체" 타입의 결정이 Rb 플라스크의 측면 상에 형성되어 있는 것이 관찰되었고, 다음으로 이를 플라스크의 스크랩핑(scraping)으로 "용융시켜" 분리하였다. 이 실험으로 0.618g의 물질을 얻었다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 9a에 도시하였다. 또한, 상기 생성 가스 분석(EGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 9b에 도시하였다. In this example, di-n-propylethyl methylphosphonium iodide was added to a 100 ml Rb flask in a glove box, which was then taken out of the fume hood and dissolved in 70 ml MeOH. Next, AgO 2 CCF 2 CF 2 CF 3 was added and immediately a yellow slurry was obtained. After stirring for 3 hours, the solids were separated by filtration, most of the MeOH was removed by rotary evaporation and the remaining residue was dried under high vacuum. Thus, a yellow gel-like slush material was obtained. It was observed that a "liquid" type of crystals were formed on the sides of the Rb flask, which was then "melted" by scraping the flask. This experiment yielded 0.618 g of material. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the material and the results are shown in Figure 9a. The product gas analysis (EGA) was also performed and the results are shown in FIG. 9b.

실시예Example 4 4

압력 플라스크를 상기 글러브 박스 내로 가지고 와서, 0.100g 의 P(CH2OH)3, 뒤이어 5mL의 THF-d8로 채웠다. 일단 고체가 용해되면, Me2SO4를 첨가하였다. 다음으로, 상기 플라스크를 밀봉하고 글러브 박스에서 꺼냈다. 이를 110℃ 오일 배스에서 10 분 동안 가열 후 냉각하였고, 글러브 박스 안으로 다시 가지고 와서, 1H NMR 용으로 1 mL의 부분 표준(aliquot)을 분리하였다. 상기 반응식을 도 10a에 예시하였다. 1H NMR은 도 10b에 도시하였다. A pressure flask was brought into the glove box and filled with 0.100 g of P (CH 2 OH) 3 followed by 5 mL of THF-d8. Once the solids dissolved, Me 2 SO 4 was added. Next, the flask was sealed and removed from the glove box. It was heated in a 110 ° C oil bath for 10 minutes, then cooled, brought back into the glove box and 1 mL of aliquot was separated for 1 H NMR. The above reaction scheme is illustrated in FIG. 10A. 1 H NMR is shown in FIG.

실시예Example 5 5

이 실험에서, 1-에틸-1-메틸 포스폴라늄 질산염을 글러브 박스 내에서 100 ml 14/20 Rb 플라스크에 첨가하였다. 여기에, KC(CN)3을 첨가하고, 그 다음 Rb를 3 cm 스위블 프릿에 조립하였다. 상기 프릿을 상기 라인에서 꺼내고, CHCl3를 이 안으로 진공 이송하였다. 상기 플라스크를 약 12 시간 동안 교반하였다. 끈끈한(gooey) 갈색 물질이 상기 플라스크의 바닥 상에서 관찰되었다. 상기 용액을 여과하여 진주같은 유백색의 여과물을 얻었고, 이로부터 갈색 오일을 분리하였다. 상기 갈색 오일을 재활용된 CHCl3로 2 차례 씻어냄으로써, 보다 백색으로 그리고 더욱 과립형으로 되었다. 모든 휘발성 성분들을 고진공 하에서 제거하였고, 이로써 저점도 갈색 오일을 얻었다. 이 실험으로 1.52g의 물질을 얻었다. 상기 반응식을 도 11a에 도시하였다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 11b에 도시하였다. In this experiment, 1-ethyl-1-methylphosphoranium nitrate was added to a 100 ml 14/20 Rb flask in a glovebox. Here, KC (CN) 3 was added, and then Rb was assembled into a 3 cm swivel frit. The frit was removed from the line and CHCl 3 was vacuum transferred into it. The flask was stirred for about 12 hours. Gooey brown material was observed on the bottom of the flask. The solution was filtered to give a milky white filtrate, from which the brown oil was separated. The brown oil was washed twice with recycled CHCl 3 , resulting in a whiter and more granular form. All volatile components were removed under high vacuum, resulting in a low viscosity brown oil. This experiment yielded 1.52 g of material. The above reaction scheme is shown in FIG. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the material and the results are shown in FIG. 11b.

실시예Example 6 6

이 실시예에서는, 1-에틸-1-메틸 포스포리나늄 아이오다이드를 글러브 박스 내에서 100 ml Rb 플라스크에 첨가하였고, 그 다음 이를 흄 후드에서 꺼내고, 70 ml MeOH 중에서 용해시켰다. 다음으로, AgO2CCF2CF2CF3를 첨가하였고, 즉시 황색의 침전물을 얻었다. 상기 플라스크를 18 시간 동안 교반하고, 그 다음 상기 고체를 여과에 의해 제거하였다. 대부분의 MeOH를 회전식 증발기에 의해 제거하고, 잔여물을 고진공 하에서 건조하였다. 이 절차로써, 회백색(off-white)의, 황색 착색된 고체를 얻었다. 이 실험으로 0.620g의 물질을 얻었다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 12에 도시하였다. In this example, 1-ethyl-1-methylphosphorinanium iodide was added to a 100 ml Rb flask in a glovebox, which was then removed from the fume hood and dissolved in 70 ml MeOH. Next, AgO 2 CCF 2 CF 2 CF 3 was added, and a yellow precipitate was immediately obtained. The flask was stirred for 18 hours, and then the solid was removed by filtration. Most of the MeOH was removed by rotary evaporation and the residue was dried under high vacuum. By this procedure, an off-white, yellow-colored solid was obtained. This experiment yielded 0.620 g of material. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the material and the results are shown in FIG.

실시예Example 7 7

다른 실험에 있어서, 1-부틸-1-에틸 포스폴라늄 아이오다이드를 흄 후드 내에서 Rb 플라스크에 첨가하였고, 그 다음 이를 물 중에 용해시키고 교반하였다. AgO3SCF3를 첨가하였고, 즉시 황색 침전물이 형성되었다. 상기 플라스크를 2 시간 동안 교반하고, 다음으로 이를 진공 여과하였다. 상기 용액은 여과 중에 거품이 생겼고, 우유빛 물질이 여과 후 관찰되었다. 상기 물질을 회전식 증발시키고, 고체를 용융시킨 오일 배스 상의 진공 하에서 잔여물을 건조시켰다. 이 실험으로 0.490g의 물질을 얻었다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 13에 도시하였다. In another experiment, 1-butyl-1-ethylphosphoranium iodide was added to the Rb flask in a fume hood, which was then dissolved in water and stirred. AgO 3 SCF 3 was added and a yellow precipitate formed immediately. The flask was stirred for 2 hours and then vacuum filtered. The solution was bubbled through filtration and the milky material was observed after filtration. The material was rotary evaporated and the residue was dried under vacuum on an oil bath on which the solid was melted. This experiment yielded 0.490 g of material. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the material and the results are shown in FIG.

실시예Example 8 8

추가적인 일 실험에 있어서, 1-부틸-1-에틸 포스폴라늄 아이오다이드를 흄 후드 내에서 플라스크에 첨가하였다. MeOH를 첨가하였고, 그 다음 상기 플라스크를 15 분 동안 교반하였다. 은 p-톨루엔 술포네이트를 첨가하였다. 상기 플라스크를 4 시간 동안 교반하였다. 황색 침전물이 형성되었다. 상기 물질을 중력 여과하였고, 그 다음 회전 증발시켰다. 상기 물질을 진공 하에서 건조시킴으로써, 액체를 얻었다. 이 실험으로 0.253g의 물질을 얻었다. 상기 반응식을 도 14a에 도시하였다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 14b에 도시하였다.In a further experiment, 1-butyl-1-ethylphosphoranium iodide was added to the flask in a fume hood. MeOH was added, and then the flask was stirred for 15 minutes. Was added p-toluenesulfonate. The flask was stirred for 4 hours. A yellow precipitate formed. The material was gravity filtered and then rotary evaporated. The material was dried under vacuum to give a liquid. This experiment yielded 0.253 g of material. The above reaction formula is shown in Fig. 14A. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the material and the results are shown in FIG. 14B.

실시예Example 9 9

다른 실험에 있어서, 250 mg (0.96 mmol) 트리에틸메틸포스퓸 아이오다이드를 15 mL 탈이온수에 첨가하였고, 뒤이어 163 mg (0.96 mmol) 질산은을 5.0 mL 탈이온수에 예비 용해시켰다. 상기 반응물을 10 분 동안 교반하였고, 이 때에 상기 백색 내지 황색 침전물을 여과하였다. 다음으로, 상기 고체를 5.0 mL 탈이온수로 씻어내고 상기 수용액 분획물(fractions)을 혼합하였다. 상기 물을 회전식 증발기 상의 진공 하에서 제거하여 백색 고체 잔여물을 남기고, 이를 에틸 아세테이트 및 아세토니트릴의 3:1 혼합물로부터 재결정화하여 트리에틸메틸포스포늄 질산염을 얻었다. 수율: 176 mg, 94%. 상기 포스포늄 질산염(176 mg, 0.90 mmol)을 5 mL 무수 아세토니트릴 중에 용해시켰다. 5 mL 무수 아세토니트릴 중에 용해된 113 mg (0.90 mmol) 포타슘 테트라플루오로보레이트를 포스포늄 염에 첨가하였고, 교반 5 분 후에 고체를 여과에 의해 분리하였다. 용매를 회전식 증발기 상에서 제거하였고, 이로써 고온 2-프로판올으로부터 재결정화된 회백색 고체를 얻어, 분석적으로 순수한 트리에틸메틸포스포늄 테트라플루오로보레이트를 얻었다. 수율: 161 mg, 81%. 상기 조성물을 도 15a에 도시된 1H NMR 스펙트럼 및 도 15b에 도시된 31P NMR에 의해 확인하였다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 16에 도시하였다.In another experiment, 250 mg (0.96 mmol) triethyl methylphosphine iodide was added to 15 mL deionized water, followed by 163 mg (0.96 mmol) silver nitrate pre-dissolved in 5.0 mL deionized water. The reaction was stirred for 10 minutes, at which time the white to yellow precipitate was filtered off. Next, the solid was washed with 5.0 mL deionized water and the aqueous fractions were mixed. The water was removed under vacuum on a rotary evaporator to leave a white solid residue which was recrystallized from a 3: 1 mixture of ethyl acetate and acetonitrile to give triethylmethylphosphonium nitrate. Yield: 176 mg, 94%. The above phosphonium nitrate (176 mg, 0.90 mmol) was dissolved in 5 mL of anhydrous acetonitrile. 113 mg (0.90 mmol) of potassium tetrafluoroborate dissolved in 5 mL anhydrous acetonitrile was added to the phosphonium salt and after 5 minutes of stirring the solids were separated by filtration. The solvent was removed on a rotary evaporator, yielding an analytically pure triethylmethylphosphonium tetrafluoroborate by obtaining an off-white solid which was recrystallized from hot 2-propanol. Yield: 161 mg, 81%. The composition was confirmed by the 1 H NMR spectrum shown in Fig. 15A and the 31 P NMR shown in Fig. 15B. The material was subjected to thermogravimetric analysis (TGA) and the results are shown in Fig.

실시예Example 10 10

다른 실험에 있어서, 250 mg (1.04 mmol)의 트리에틸프로필포스포늄 브로마이드 및 135 mg (1.06 mmol)의 포타슘 테트라플루오로보레이트를 10 mL의 아세토니트릴에서 혼합하였다. KBr의 미세한 백색 침전물이 즉시 형성되기 시작하였다. 상기 혼합물을 1 시간 동안 교반하였고, 이를 여과하였고, 상기 용매를 회전식 증발기 상에서 제거하여 백색 고체를 얻었다. 수율: 218 mg, 85%. 이 미정제 생성물을 2-프로판올로부터 재결정화하여 분석적으로 순수한 물질을 얻을 수 있었다. 상기 조성물을 도 17a에 도시된 1H NMR 스펙트럼 및 도 17b에 도시된 31P NMR에 의해 확인하였다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 18에 도시하였다.In another experiment, 250 mg (1.04 mmol) of triethylpropylphosphonium bromide and 135 mg (1.06 mmol) of potassium tetrafluoroborate were mixed in 10 mL of acetonitrile. A fine white precipitate of KBr began to form immediately. The mixture was stirred for 1 hour, it was filtered and the solvent was removed on a rotary evaporator to give a white solid. Yield: 218 mg, 85%. This crude product was recrystallized from 2-propanol to give the analytically pure material. The composition was confirmed by the 1 H NMR spectrum shown in Fig. 17A and the 31 P NMR shown in Fig. 17B. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the material and the results are shown in FIG.

실시예Example 11 11

추가적인 일 실험에 있어서, 상기 반응을 글러브 박스 내에서 질소의 대기 하에서 수행하였다. 트리에틸프로필포스포늄 아이오다이드 1.00 g, 3.47 mmol을 20 mL 무수 아세토니트릴 중에 용해시켰다. 이 용액에, 은 헥사플루오로포스페이트 877 mg (3.47 mmol)을 계속하여 교반하면서 첨가하였다. 은 아이오다이드의 백색 침전물이 즉시 형성되었고, 상기 반응물을 5 분 동안 교반하였다. 상기 침전물을 여과하였고, 무수 CH3CN으로 여러 차례 씻었다. 상기 침전물을 글러브 박스에서 꺼내고 증발시켜 백색 고체를 얻었다. 상기 미정제 물질을 고온 이소프로판올 중에 용해시켰고, 이를 0.2 ㎛ PTFE 멤브레인에 통과시켰다. 상기 여과물을 냉각시켜 여과에 의해 수집한 백색 결정을 얻었다. 수율: 744 mg, 70%. 상기 조성물을 도 19a에 도시된 1H NMR 스펙트럼 및 도 19b에 도시된 31P NMR에 의해 확인하였다. 상기 물질에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하였고, 그 결과를 도 20에 도시하였다.For further work, the reaction was carried out in a glovebox under a nitrogen atmosphere. Triethylpropylphosphonium iodide (1.00 g, 3.47 mmol) was dissolved in 20 mL of anhydrous acetonitrile. To this solution, 877 mg (3.47 mmol) of silver hexafluorophosphate was added with continued stirring. A white precipitate of iodide was formed immediately and the reaction was stirred for 5 minutes. The precipitate was filtered off and washed several times with anhydrous CH 3 CN. The precipitate was taken out from the glove box and evaporated to give a white solid. The crude material was dissolved in hot isopropanol and passed through a 0.2 탆 PTFE membrane. The filtrate was cooled to obtain white crystals collected by filtration. Yield: 744 mg, 70%. The composition was confirmed by the 1 H NMR spectrum shown in Fig. 19A and the 31 P NMR shown in Fig. 19B. The material was subjected to thermogravimetric analysis (TGA) and the results are shown in Fig.

실시예Example 12 12

이 실시예에 있어서, 1:3:1 몰비의 (CH3CH2CH2)(CH3)3PCF3BF3/ (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P CF3BF3 /(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)P CF3BF3를 포함하는 3 성분 포스포늄 이온성 액체 조성물을 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P CF3BF3를 포함하는 단일 성분 조성물과 비교하였다. 상기 물질에 대하여 시차주사 열량측정(Differential Scanning Calorimetry: DSC)을 수행하였고, 그 결과를 단일 성분 조성물의 경우 도 21a에, 3 성분 조성물의 경우 도 21b에 도시하였다. 도 21a 및 21b에 도시된 바와 같이, 3 성분 조성물이 단일 성분 조성물에 비하여 더 낮은 냉각 온도 및 이에 따른 더 큰 액상선 범위의 이점을 나타낸다. In this embodiment, the 1: 3: 1 molar ratio of (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3) 3 PCF 3 BF 3 / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 P CF 3 BF 3 / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) 2 (CH 3) a third component phosphonium ionic liquid composition comprising a P CF 3 BF 3 (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P CF 3 BF 3 . The material was subjected to differential scanning calorimetry (DSC) and the results are shown in Figure 21a for a single component composition and Figure 21b for a three component composition. As shown in FIGS. 21A and 21B, the ternary composition exhibits the advantage of a lower cooling temperature and hence greater liquidus line coverage as compared to a single component composition.

실시예Example 13 13

다른 실험에 있어서, 포스포늄 염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3를 제조하였다. Pt 작업 전극, Pt 상대 전극 및 Ag/Ag+ 기준 전극을 갖는 전기화학적 셀에서 측정되는 경우, 이 염은 25℃에서 19.5 cP의 저점도, -10.0℃의 녹는점, 396.1℃의 온셋 분해 온도, 407℃의 액체 범위, 15.2 mS/cm의 이온 전도도, 및 -1.5 5o +1.5 V의 전기화학적 전압 범위를 나타낸다. 그 결과를 아래 표 14에 요약하였다. In another experiment, a phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was prepared. When measured in an electrochemical cell having a Pt working electrode, a Pt counter electrode and an Ag / Ag + reference electrode, the salt had a low viscosity of 19.5 cP at 25 캜, a melting point of -10.0 캜, an onset decomposition temperature of 396.1 캜, A liquid range of 407 DEG C, an ionic conductivity of 15.2 mS / cm, and an electrochemical voltage range of -1.5 < -5 > The results are summarized in Table 14 below.

[표 14][Table 14]

Figure pct00039
Figure pct00039

실시예Example 14 14

다른 실험에 있어서, 포스포늄 염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3를 제조하였다. 상기 염을 아세토니트릴(ACN)의 용매 중에 ACN/염 부피비가 0 내지 4의 범위가 되도록 용해시켰다. 상기 생성된 전해액의 이온 전도도를 실온에서 측정하였고, 그 결과를 도 22에 도시하였다. 도 22에서 도시하는 바와 같이, 이온 전도도는 ACN/염 비의 증가와 함께 0 비(순수한 이온성 액체)에서 13.9 mS/cm에서 1.5 내지 2.0 비에서 75 mS/cm의 피크값으로 증가하였다. In another experiment, a phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was prepared. The salt was dissolved in a solvent of acetonitrile (ACN) to have an ACN / salt volume ratio in the range of 0-4. The ion conductivity of the resulting electrolyte was measured at room temperature, and the results are shown in FIG. As shown in Fig. 22, the ionic conductivity increased from 13.2 mS / cm to a peak value of 75 mS / cm at a ratio of 1.5 to 2.0 in a 0 ratio (pure ionic liquid) with an increase in ACN / salt ratio.

실시예Example 15 15

다른 실험에 있어서, 포스포늄 염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3를 제조하였다. 상기 염을 프로필렌 카보네이트(PC)의 용매 중에 PC/염 부피비가 0 내지 2.3의 범위가 되도록 용해시켰다. 상기 생성된 전해액의 이온 전도도를 실온에서 측정하였고, 그 결과를 도 23에 도시하였다. 도 23에서 도시하는 바와 같이, 이온 전도도는 PC/염 비의 증가와 함께 0 비(순수한 이온성 액체)에서 13.9 mS/cm에서 0.75 내지 1.25 비에서 22 mS/cm의 피크값으로 증가하였다. In another experiment, a phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was prepared. The salt was dissolved in a solvent of propylene carbonate (PC) so that the PC / salt volume ratio was in the range of 0 to 2.3. The ion conductivity of the produced electrolyte was measured at room temperature, and the results are shown in FIG. As shown in Fig. 23, the ionic conductivity increased from 13.9 mS / cm to a peak value of 22 mS / cm at a ratio of 0.75 to 1.25 in a 0 ratio (pure ionic liquid) with an increase in PC / salt ratio.

실시예Example 16-35 16-35

추가적인 실험에 있어서, 다양한 포스포늄 염을 제조하였다. 상기 염을 아세토니트릴(ACN)의 용매 중에 용해시켜, 1.0M 농도로 전해액을 형성하였다. 생성된 전해액의 이온 전도도를 실온에서 측정하였다. 전기화학적 안정 전압 범위를 Pt 작업 전극, Pt 상대 전극 및 Ag/Ag+ 기준 전극을 갖는 전기화학적 셀에서 측정하였다. 그 결과를 표 15에 요약하였다. 전해질은 실온에서 약 28mS/cm 초과, 또는 약 34mS/cm 초과, 또는 약 41mS/cm 초과, 또는 약 55mS/cm 초과, 또는 약 61mS/cm 초과의 이온 전도도를 나타내었다. 일 배치에 있어서, 전기화학적 전압 범위는 약 -3.2 V 내지 +2.4 V였다. 다른 배치에 있어서, 전기화학적 전압 범위는 약 -3.0 V 내지 +2.4 V였다. 또 다른 배치에 있어서, 전기화학적 전압 범위는 약 -2.0 V 내지 +2.4 V였다.In further experiments, various phosphonium salts were prepared. The salt was dissolved in a solvent of acetonitrile (ACN) to form an electrolyte at a concentration of 1.0M. The ion conductivity of the resulting electrolyte was measured at room temperature. The electrochemically stable voltage range was measured in an electrochemical cell with Pt working electrode, Pt counter electrode and Ag / Ag + reference electrode. The results are summarized in Table 15. The electrolyte exhibited ionic conductivities of greater than about 28 mS / cm, or greater than about 34 mS / cm, or greater than about 41 mS / cm, or greater than about 55 mS / cm, or greater than about 61 mS / cm at room temperature. In one batch, the electrochemical voltage range was about -3.2 V to +2.4 V. In another arrangement, the electrochemical voltage range was about -3.0 V to + 2.4 V. In another arrangement, the electrochemical voltage range was about -2.0 V to +2.4 V.

[표 15][Table 15]

Figure pct00040
Figure pct00040

실시예Example 36-41 36-41

추가적인 실험에 있어서, 다양한 포스포늄 염을 제조하였고, 이를 대조군으로서의 암모늄 염과 비교하였다. 상기 염을 프로필렌 카보네이트(PC)의 용매 중에 용해시켜, 1.0M 농도로 전해액을 형성하였다. 생성된 전해액의 이온 전도도를 실온에서 측정하였다. 전기화학적 전압 범위를 Pt 작업 전극, Pt 상대 전극 및 Ag/Ag+ 기준 전극을 갖는 전기화학적 셀에서 측정하였다. 그 결과를 표 16에 요약하였고, 이로써 포스포늄염이 대조군-암모늄 유사물에 비하여 더 높은 전도도와 더 넓은 전기화학적 전압 안정성 범위를 나타낸다는 것을 입증하였다. 일 배치에 있어서, 전기화학적 범위는 약 -2.4 V 내지 +2.5 V였다. 다른 배치에 있어서, 전기화학적 범위는 약 -1.9 V 내지 +3.0 V였다In a further experiment, various phosphonium salts were prepared and compared to ammonium salts as controls. The salt was dissolved in a solvent of propylene carbonate (PC) to form an electrolyte at a concentration of 1.0M. The ion conductivity of the resulting electrolyte was measured at room temperature. The electrochemical voltage range was measured in an electrochemical cell having a Pt working electrode, a Pt counter electrode and an Ag / Ag + reference electrode. The results are summarized in Table 16, demonstrating that the phosphonium salt exhibits a higher conductivity and wider electrochemical voltage stability range than the control-ammonium analog. In one batch, the electrochemical range was about -2.4 V to +2.5 V. In another arrangement, the electrochemical range was about -1.9 V to +3.0 V

[표 16][Table 16]

Figure pct00041
Figure pct00041

실시예Example 42-45 42-45

추가적인 실험에 있어서, 다양한 포스포늄 염을 제조하였고, 이를 대조군으로서의 암모늄 염과 비교하였다. 상기 염을 프로필렌 카보네이트(PC)의 용매 중에 용해시켜, 0.6 M 내지 5.4M 범위의 농도로 전해액을 형성하였다. 생성된 전해액의 이온 전도도를 실온에서 측정하였고, 그 결과를 도 24에 나타내었다. 2.0 M 농도의 전도도 수치 값을 표 17에 나타내었고, 이로써 상기 포스포늄 염이 대조군-암모늄 유사물에 비하여 더 높은 전도도를 나타낸다는 것을 예증하였다. In a further experiment, various phosphonium salts were prepared and compared to ammonium salts as controls. The salt was dissolved in a solvent of propylene carbonate (PC) to form an electrolyte at a concentration ranging from 0.6 M to 5.4 M. The ion conductivity of the resulting electrolytic solution was measured at room temperature, and the results are shown in Fig. Concentration values of the 2.0 M concentration are shown in Table 17, demonstrating that the phosphonium salt exhibits a higher conductivity than the control-ammonium analog.

[표 17][Table 17]

Figure pct00042
Figure pct00042

실시예Example 46 46

다른 실험에 있어서, 포스포늄 염-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3를 제조하였고, 이를 대조군으로서의 암모늄 염 (CH3CH2)3(CH3)NBF4와 비교하였다. 상기 염을 아세토니트릴(ACN) 용매 중에 용해시켜, 1.0M 농도로 전해액을 형성하였다. 상기 용액의 증기압을 압력 시차주사 열량측정(Differential Scanning Calorimetry: DSC)에 의해 25 내지 105℃의 온도에서 측정하였다. 생성된 전해액의 이온 전도도를 실온에서 측정하였다. 도 25에 도시된 바와 같이, ACN의 증기압은 25℃에서는 암모늄 염을 갖는 경우의 27%에 비하여 포스포늄 염을 갖는 경우 39%까지, 105℃에서는 암모늄 염을 갖는 경우의 13%에 비하여 포스포늄 염을 갖는 경우 38%까지 낮아진다. 포스포늄 염에 의한 증기압의 상당한 억제는 전해액의 인화성을 감소시켜 이에 따라 EDLC 작동의 안정성을 향상시키는 것에 이점이 있다. In another experiment, a phosphonium salt- (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was prepared and used as a control for the ammonium salt (CH 3 CH 2 ) 3 (CH 3 ) compared with NBF 4 . The salt was dissolved in an acetonitrile (ACN) solvent to form an electrolyte at a concentration of 1.0M. The vapor pressure of the solution was measured at 25 to 105 DEG C by differential scanning calorimetry (DSC). The ion conductivity of the resulting electrolyte was measured at room temperature. As shown in Fig. 25, the vapor pressure of ACN is higher by 39% in case of having a phosphonium salt than in 27% in the case of having an ammonium salt at 25 ° C and higher than 13% of having in case of having an ammonium salt at 105 ° C, If salt is present, it is lowered to 38%. Significant inhibition of the vapor pressure by the phosphonium salts is beneficial in reducing the flammability of the electrolyte and thus in improving the stability of the EDLC operation.

실시예Example 47-50 47-50

다른 실험에 있어서, 포스포늄 염을 리튬 전지의 통상적인 전해액의 첨가제로서 사용하였다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, EC (에틸렌 카보네이트) 및 DEC (디에틸 카보네이트)가 1 : 1의 중량비로 혼합된 혼합 용매(EC:DEC 1:1로서 언급됨) 중의 1.0 M의 LiPF6의 통상적인 전해액을 Novolyte Technologies (BASF 그룹의 계열사)에서 제공받았다. 상기 포스포늄 염(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3를 상기 통상적인 전해액에 20 w%로 첨가하였다. 본 발명의 다른 구현예에 있어서, EC(에틸렌 카보네이트), DEC(디에틸카보네이트) 및 EMC(에틸메틸 카보네이트)가 1 : 1 : 1의 중량비로 혼합된 용매(EC:DEC:EMC 1:1:1로서 언급됨) 중의 1.0 M의 LiPF6의 통상적인 전해액을 Novolyte Technologies (BASF 그룹의 계열사)에서 제공받았다. 상기 포스포늄 염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3를 상기 통상적인 전해액에 10 w%로 첨가하였다. 자기 소화 테스트를 수행하기 위하여, 1 g의 상기 전해액의 샘플을 유리 접시 내로 넣고, 상기 샘플을 연소시키고, 그 불꽃이 소화되는 데 요구되는 시간을 기록하였다. 자기 소화 시간(SET)을 샘플의 질량으로 정규화하였다(normalized). 그 결과를 아래 표 18에 요약하였다. 10 및 20 w% 사이의 농도에 있는 포스포늄 첨가제는 자기 소화 시간이 33 에서 53%로 감소하였다. 이는, 리튬 이온 전지의 안정성 및 신뢰성이 통상적인 리튬 이온 전해질의 첨가제로서 포스포늄 염을 사용함으로써 실질적으로 향상될 수 있음을 나타낸다. In another experiment, phosphonium salts were used as additives in conventional electrolytes of lithium batteries. In one embodiment of the present invention, 1.0 M LiPF 6 in a mixed solvent (referred to as EC: DEC 1: 1) in which EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) are mixed in a weight ratio of 1: Conventional electrolytes were supplied by Novolyte Technologies (a subsidiary of the BASF group). The phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was added to the conventional electrolytic solution at 20 wt%. In another embodiment of the present invention, a solvent (EC: DEC: EMC 1: 1: 1) mixed in a weight ratio of EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate) referred to as 1) was provided a conventional electrolytic solution of 1.0 M of LiPF 6 in the in Novolyte Technologies (of BASF group of companies). The phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was added to the conventional electrolytic solution at 10 wt%. To perform the self-extinguishing test, a sample of 1 g of the electrolyte was poured into a glass dish, the sample was burnt, and the time required for the flame to be digested was recorded. The self-extinguishing time (SET) was normalized to the mass of the sample. The results are summarized in Table 18 below. The phosphonium additive at concentrations between 10 and 20 w% reduced the self-extinguishing time from 33 to 53%. This indicates that the stability and reliability of a lithium ion battery can be substantially improved by using a phosphonium salt as an additive to a conventional lithium ion electrolyte.

[표 18][Table 18]

Figure pct00043
Figure pct00043

실시예Example 51 51

다른 실험예에 있어서, 포스포늄 염을 리튬 전지 표준 전해액의 첨가제로서 사용하였다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, EC (에틸렌 카보네이트) 및 DEC (디에틸 카보네이트)가 1 : 1의 중량비로 혼합된 혼합 용매(EC:DEC 1:1로서 언급됨) 중의 1.0 M의 LiPF6의 표준 전해액을 Novolyte Technologies (BASF 그룹의 계열사)에서 제공받았다. 상기 포스포늄염 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3를 상기 표준 전해액에 10 w%로 첨가하였다. 상기 표준 전해액 및 포스포늄 첨가제를 갖는 용액 모두의 이온 전도도를 -30 내지 60℃의 여러 온도에서 측정하였다. 도 26에서 도시된 바와 같이, 상기 포스포늄 첨가제는 넓은 온도 범위에서 전해액의 이온 전도도를 향상시켰다. -30℃에서, 이온 전도도는 상기 포스포늄 첨가제의 결과로서 109%까지 증가하였다. +20℃에서, 이온 전도도는 상기 포스포늄 첨가제의 결과로서 23%까지 증가하였다. +60℃에서, 이온 전도도는 상기 포스포늄 첨가제의 결과로서 약 25%까지 증가하였다. 일반적으로, 상기 표준 전해액의 이온 전도도는 포스포늄 첨가제의 결과로서 적어도 25%까지 증가하였다. In another experimental example, a phosphonium salt was used as an additive for a standard lithium battery electrolyte. In one embodiment of the present invention, 1.0 M LiPF 6 in a mixed solvent (referred to as EC: DEC 1: 1) in which EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) are mixed in a weight ratio of 1: Standard electrolytes were supplied by Novolyte Technologies (a subsidiary of the BASF group). The phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was added to the standard electrolyte at 10 wt%. The ionic conductivity of both the standard electrolyte solution and the solution having the phosphonium additive was measured at various temperatures of -30 to 60 캜. As shown in Fig. 26, the phosphonium additive improved the ion conductivity of the electrolyte solution over a wide temperature range. At -30 캜, the ionic conductivity increased to 109% as a result of the phosphonium additive. At + 20 < 0 > C, ionic conductivity increased to 23% as a result of the phosphonium additive. At + 60 < 0 > C, ionic conductivity increased to about 25% as a result of the phosphonium additive. Generally, the ionic conductivity of the standard electrolyte has increased by at least 25% as a result of the phosphonium additive.

실시예Example 52 52

다른 실험에 있어서, 포스포늄 염을 리튬 전지 표준 전해액의 첨가제로서 사용하였다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, EC(에틸렌 카보네이트), DEC(디에틸카보네이트) 및 EMC(에틸메틸 카보네이트)가 1 : 1 : 1의 중량비로 혼합된 용매(EC:DEC:EMC 1:1:1로서 언급됨) 중의 1.0 M의 LiPF6의 표준 전해액을 Novolyte Technologies (BASF 그룹의 계열사)에서 제공받았다. 상기 포스포늄 염 CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3를 상기 표준 전해액에 10 w%로 첨가하였다. 상기 표준 전해액 및 포스포늄 첨가제를 갖는 용액 모두의 이온 전도도를 20 내지 90℃의 여러 온도에서 측정하였다. 도 27에서 도시된 바와 같이, 상기 포스포늄 첨가제는 넓은 온도 범위에서 전해액의 이온 전도도를 향상시켰다. 20℃에서, 이온 전도도는 상기 포스포늄 첨가제의 결과로서 36%까지 증가하였다. 60℃에서, 이온 전도도는 상기 포스포늄 첨가제의 결과로서 약 26%까지 증가하였다. 90℃에서, 이온 전도도는 상기 포스포늄 첨가제의 결과로서 약 38%까지 증가하였다. 일반적으로, 상기 표준 전해액의 이온 전도도는 포스포늄 첨가제의 결과로서 적어도 25%까지 증가하였다. In another experiment, a phosphonium salt was used as an additive for a lithium battery standard electrolyte solution. In one embodiment of the present invention, a solvent (EC: DEC: EMC 1: 1: 1) mixed in a weight ratio of EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate) referred to as 1) was provided a standard electrolyte of 1.0 M of LiPF 6 in the in Novolyte Technologies (of BASF group of companies). The phosphonium salt CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was added to the standard electrolyte at 10 wt%. The ionic conductivity of both the standard electrolyte solution and the solution having the phosphonium additive was measured at various temperatures of 20 to 90 占 폚. As shown in Fig. 27, the phosphonium additive improved the ion conductivity of the electrolyte solution over a wide temperature range. At 20 캜, the ion conductivity increased to 36% as a result of the phosphonium additive. At 60 캜, ionic conductivity increased to about 26% as a result of the phosphonium additive. At < RTI ID = 0.0 > 90 C, < / RTI > the ionic conductivity increased to about 38% as a result of the phosphonium additive. Generally, the ionic conductivity of the standard electrolyte has increased by at least 25% as a result of the phosphonium additive.

실시예Example 53 53

추가적인 일 실험에 있어서, 도 28에 도시된 바와 같은 코인셀은 디스크 형상의 14mm 직경의 2개의 탄소 전극, 2개의 전극 사이에 끼워진 19 mm 직경의 세퍼레이터 및 침지(impregnating) 전해액로 구성된다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 활성 탄소(activated carbon)(Kuraray YP-50F, 1500 - 1800 m2/g)를 바인더와 함께 혼합하여 100 μm 두께의 탄소 전극 2개를 제조하였고, 각각을 30μm 두께의 알루미늄 집전체에 결합시켰다. 35 μm의 NKK 셀룰로오스 세퍼레이터(TF40-35)로부터 상기 세퍼레이터를 제조하였다. 탄소 전극 및 세퍼레이터 둘 다 아세토니트릴 또는 프로필렌 카보네이트 중에 1.0 M 포스포늄 염을 함유하는 전해액으로 함침시켰다. 조립체를 2032 코인셀 케이스 안에 놓고, 크림퍼(crimper)를 사용하여 적절한 압력을 인가하여 봉인하였다. 완성된 셀은 20 mm의 직경 및 3.2 mm의 두께를 가졌다. 전체 조립 공정은 질소 충전된 글로브 박스 내에서 수행하였다. 완성된 셀을 일정한 전류에서 충전 및 방전함으로써 CHI 정전압(potentiostat)으로 특성분석하였다. 도 29는 프로필렌 카보네이트 전해질 중 1.0 M (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3을 갖는 이러한 코인셀의 충전-방전 곡선을 보여준다. 상기 셀을 먼저 10mA에서 0 V에서 2.5V까지 충전한 다음, 1.0 V까지 방전시켰다. 상기 셀 정전 용량은 0.55 F인 것으로 측정되었다.In a further experiment, the coin cell as shown in Fig. 28 is composed of two carbon electrodes of 14 mm diameter in the form of a disk, a 19 mm diameter separator sandwiched between two electrodes and an impregnating electrolyte. In one embodiment of the present invention, activated carbon (Kuraray YP-50F, 1500 - 1800 m 2 / g) was mixed with a binder to prepare two carbon electrodes each having a thickness of 100 μm, Thick aluminum housing. The above separator was prepared from 35 mu m NKK cellulose separator (TF40-35). Both the carbon electrode and the separator were impregnated with an electrolytic solution containing 1.0 M phosphonium salt in acetonitrile or propylene carbonate. The assembly was placed in a 2032 coin cell case and sealed by applying a suitable pressure using a crimper. The finished cell had a diameter of 20 mm and a thickness of 3.2 mm. The entire assembly process was carried out in a glove box filled with nitrogen. The completed cells were characterized by CHI constant voltage (potentiostat) by charging and discharging at a constant current. FIG. 29 shows the charge-discharge curves of these coin cells with 1.0 M (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3 in the propylene carbonate electrolyte. The cell was first charged from 0 V to 2.5 V at 10 mA and then discharged to 1.0 V. [ The cell capacitance was measured to be 0.55F.

실시예Example 54-57 54-57

추가적인 실험들에 있어서, 도 30a 및 30b에 도시된 바와 같은 파우치 셀은 15 mm x 15 mm의 2개의 탄소 전극, 상기 2개의 전극 사이에 샌드위치된 20 mm x 20 mm의 세퍼레이터 및 침지 전해액으로 구성된다. 선택적으로, 상기 파우치 셀은 각각의 탄소 전극에서의 전위가 측정될 수 있도록 제3 전극 - 기준 전극, 예를 들어, 은 전극을 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 활성 탄소(Kuraray YP-50F, 1500 - 1800 m2/g )를 바인더와 함께 혼합하여 100 μm 두께의 탄소 전극을 2개 제조하였고, 각각을 30 μm 두께의 알루미늄 집전체에 결합시켰다. 35 μm의 NKK 셀룰로오스 세퍼레이터(TF40-35)로부터 상기 세퍼레이터를 제조하였다. 탄소 전극 및 세퍼레이터 둘 다 아세토니트릴 또는 프로필렌 카보네이트 중에 1.0 M 포스포늄 염을 함유하는 전해액으로 함침시켰다. 조립체를 나란히 배열한 다음, 핫 멜트 접착 테이프를 사용하여 2개의 집전체 탭을 함께 붙여서 탭 주위로의 누설을 방지하였다. 이후, 상기 조립체를 알루미늄 라미네이트 파우치 백 내에서 진공 밀봉하였다. 완성된 셀은 70 mm x 30 mm의 크기 및 0.3 mm의 두께를 가졌다. 전체 조립 공정은 질소 충전된 글로브 박스 내에서 수행하였다. 완성된 셀을 일정한 전류에서 충전 및 방전함으로써 CHI 정전압으로 특성분석하였다. 도 31a는 프로필렌 카보네이트 중 1.0 M (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3을 갖는 파우치 셀의 충전-방전 곡선을 보여준다. 상기 셀을 10 mA에서 0 내지 2.7 V로 충전 및 방전시켰다. 도 31b는 은 기준 전극으로 측정된 탄소 양전극 및 탄소 음전극에서의 분리된 전극 전위를 보여준다. 몇몇 경우에 있어서, 상기 파우치 셀은 3.9 V까지 높은 전압으로 완전히 충전될 수 있었다. 그 결과를 하기 표 19에 요약하였다. 일 배치에 있어서, 상기 EDLC는 0 V부터 3.9 V까지 충전 및 방전될 수 있다. 다른 배치에 있어서, 상기 EDLC는 0 V부터 3.6 V까지 충전 및 방전될 수 있다. 다른 배치에 있어서, 상기 EDLC는 0 V부터 3.3 V까지 충전 및 방전될 수 있다.In further experiments, the pouch cell as shown in Figures 30A and 30B consists of two carbon electrodes 15 mm x 15 mm, a 20 mm x 20 mm separator sandwiched between the two electrodes, and an immersion electrolyte . Optionally, the pouch cell comprises a third electrode-reference electrode, for example a silver electrode, so that the potential at each carbon electrode can be measured. In one embodiment of the present invention, two 100 μm thick carbon electrodes were prepared by mixing active carbon (Kuraray YP-50F, 1500 - 1800 m 2 / g) with a binder, each having a thickness of 30 μm Lt; / RTI > The above separator was prepared from 35 mu m NKK cellulose separator (TF40-35). Both the carbon electrode and the separator were impregnated with an electrolytic solution containing 1.0 M phosphonium salt in acetonitrile or propylene carbonate. The assemblies were arranged side by side and then the two current collecting tabs were bonded together using a hot melt adhesive tape to prevent leakage around the tabs. The assembly was then vacuum sealed in an aluminum laminate pouch bag. The finished cell had a size of 70 mm x 30 mm and a thickness of 0.3 mm. The entire assembly process was carried out in a glove box filled with nitrogen. The completed cells were characterized by CHI constant voltage by charging and discharging at a constant current. 31A shows the charge-discharge curve of a pouch cell having 1.0 M (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3 in propylene carbonate. The cell was charged and discharged from 0 to 2.7 V at 10 mA. FIG. 31B shows the carbon positive electrode measured as a silver reference electrode and the separated electrode potential in a carbon negative electrode. In some cases, the pouch cell could be fully charged to a high voltage up to 3.9 volts. The results are summarized in Table 19 below. In one arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0 V to 3.9 V. In another arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0 V to 3.6 V. In another arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0 V to 3.3 V.

[표 19][Table 19]

Figure pct00044
Figure pct00044

실시예Example 58 58

추가적인 일 실험에 있어서, 도 32에 도시된 바와 같은 실린더형 셀은 6 cm x 50 cm의 제1 세퍼레이터 스트립, 상기 제1 세퍼레이터 상부에 배치된 5.8 cm x 50 cm의 제1 탄소 전극 스트립, 상기 제1 탄소 전극 스트립 상부에 배치된 6 cm x 50 cm의 제2 세퍼레이터 스트립 및 상기 제2 세퍼레이터 상부에 배치된 5.8 cm x 50 cm의 제2 탄소 전극 스트립으로 구성된다. 상기 전극/세퍼레이터 조립체를 젤리롤(jellyroll) 방식으로 조밀한(tight) 셀 중심으로 권취시켰다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 활성 탄소(Kuraray YP-50F, 1500 - 1800 m2/g )를 바인더와 함께 혼합하여 100 μm 두께의 탄소 전극을 제조하였고, 이를 30 μm 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 결합시켜 양면 전극 구조를 생성하였다. 35 μm 두께의 NKK 셀룰로오스 세퍼레이터(TF40-35)로부터 상기 세퍼레이터를 제조하였다. 젤리롤 중심을 18650 실린더형 셀 케이스 안에 배치하였다. 전해질이 세퍼레이터 및 탄소 전극들의 기공을 투과하고 완전히 채우는 것을 보장하기 위하여 진공 주입 장치를 사용하여 아세토니트릴 또는 프로필렌 카보네이트 중 1.0 M 포스포늄 염을 함유하는 전해액을 첨가하였다. 전해질을 채운 후, 캡을 배치하여 셀을 밀폐시켰다. 완성된 실린더형 셀은 18 mm 직경의 크기 및 65 mm의 길이를 가졌다. 전체 조립 공정은 건조한 실내 또는 질소 충전된 글로브 박스 내에서 수행하였다. 완성된 셀을 일정한 전류에서 충전 및 방전함으로써 PAR VersaSTAT 4-200 정전압으로 특성분석하였다. 도 33은 프로필렌 카보네이트 중 1.0 M (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3 의 전해액을 갖는 이러한 실린더형 셀의 충전-방전 곡선을 보여준다. 상기 셀을 먼저 600 mA에서 1.0부터 2.5 V까지 충전하고, 300초 동안 2.5 V에서 유지한 다음 2.5 V까지 방전시켰다. 상기 셀 정전 용량은 132F인 것으로 측정되었다.In a further experiment, the cylindrical cell as shown in Fig. 32 had a first separator strip of 6 cm x 50 cm, a first carbon electrode strip of 5.8 cm x 50 cm disposed above the first separator, A second separator strip of 6 cm x 50 cm disposed on top of one carbon electrode strip, and a second carbon electrode strip of 5.8 cm x 50 cm disposed on top of the second separator. The electrode / separator assembly was wound in a jellyroll fashion around a tight cell center. In one embodiment of the present invention, a carbon electrode having a thickness of 100 μm is prepared by mixing active carbon (Kuraray YP-50F, 1500 to 1800 m 2 / g) with a binder, Bonded to both sides to create a double-sided electrode structure. The separator was prepared from an NKK cellulose separator (TF 40-35) having a thickness of 35 μm. The center of the jelly roll was placed in a 18650 cylindrical cell case. An electrolytic solution containing 1.0 M phosphonium salt in acetonitrile or propylene carbonate was added using a vacuum injector to ensure that the electrolyte permeates and completely fills the pores of the separator and the carbon electrodes. After filling the electrolyte, a cap was placed to seal the cell. The finished cylindrical cell had a diameter of 18 mm and a length of 65 mm. The entire assembly process was carried out in a dry room or in a nitrogen filled glove box. The completed cell was characterized by constant voltage of PAR VersaSTAT 4-200 by charging and discharging at a constant current. FIG. 33 shows the charge-discharge curves of such a cylindrical cell having an electrolyte of 1.0 M (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3 in propylene carbonate. The cell was first charged from 1.0 to 2.5 V at 600 mA, held at 2.5 V for 300 seconds, and then discharged to 2.5 V. [ The cell capacitance was measured to be 132F.

실시예Example 59-61 59-61

추가적인 실험들에 있어서, 프로필렌 카보네이트 중의 1.0 M 포스포늄 염을 함유하는 파우치 셀에 대하여, 대조군으로서 암모늄 염과 비교하여, 2.7 V 및 70 oC 에서 가속화된 응력 테스트(accelerated stress testing)를 수행하였다. 초기 정전 용량 유지율로 셀 성능 안정성을 측정하였다. 그 결과가 도 34에 보여진다. 80 시간에서 정전 용량 유지율의 수치값이 표 20에 보여지며, 이는 암모늄 염을 갖는 셀에 비하여 포스포늄 염을 갖는 셀이 더 높은 유지율을 나타냄을 보여준다.In further experiments, for a pouch cell containing 1.0 M phosphonium salt in propylene carbonate, as compared to the ammonium salt as a control, 2.7 V and 70 < RTI ID = 0.0 > o Accelerated stress testing at C was performed. Cell performance stability was measured with initial capacitance retention. The result is shown in Fig. At 80 hours, the numerical values of the capacitance retention are shown in Table 20, which shows that cells with phosphonium salts exhibit a higher retention rate than cells with ammonium salts.

[표 20][Table 20]

Figure pct00045
Figure pct00045

실시예Example 62 62

추가적인 실험들에 있어서, 1.0 M 포스포늄 염-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3의 전해액을 함유하는 파우치 셀에 대하여, 대조군으로서 암모늄 염-(CH3CH2)3(CH3)NBF4의 전해액을 갖는 파우치 셀과 비교하여, -40 oC 내지 +80 oC에서 다양한 온도에서의 셀 성능을 테스트하였다. 25 oC에서의 정전 용량 유지율로 셀 성능 안정성을 측정하였다. 도 35에 도시된 바와 같이, 포스포늄 염을 갖는 셀은 암모늄 염을 갖는 셀에 비하여 0oC 아래의 온도에서 더 높은 유지율을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 신규 포스포늄 전해질로 제조된 EDLC은 -40 oC 내지 +80 oC의 온도 범위에서 작동될 수 있다. 본 명세서에 개시된 상기 포스포늄 전해질을 갖는 EDLC는 약 -50 oC 내지 +120 oC의 온도 범위에서 작동될 수 있음이 예상된다. 따라서, 본 명세서에 개시된 재료 및 구조로, 이제 확장된 온도 범위에서 기능할 수 있는 EDLC를 제조하는 것이 가능하다. 이는 이러한 장치를 제조 및/또는 작동 동안 넓은 온도 범위를 경험하는 넓은 응용에서 구현하는 것을 가능하게 한다.In further experiments, for a pouch cell containing an electrolyte of 1.0 M phosphonium salt- (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 , ammonium salt- (CH 3 CH 2 ) 3 (CH 3 ) NBF 4 , it was found that -40 o C was to test the performance of the cell at various temperatures from +80 o C. 25 The cell performance stability was measured by the capacitance retention rate at C ° . As shown in Figure 35, a cell with a phosphonium salt exhibits a higher retention at a temperature below 0 ° C compared to a cell with an ammonium salt. As can be seen, EDLC made with the novel phosphonium electrolytes disclosed herein can be operated at a temperature range of -40 ° C to + 80 ° C. It is contemplated that the EDLC with the phosphonium electrolyte described herein can be operated in a temperature range of about -50 ° C to +120 ° C. Thus, with the materials and structures disclosed herein, it is now possible to produce EDLC that can function in the extended temperature range. This makes it possible to implement such a device in a wide range of applications that experience a wide temperature range during manufacture and / or operation.

본 발명은 본 발명의 몇몇 측면의 예시로서 의도된 실시예에 개시된 특정 구현예로 범위를 제한하려는 것이 아니며, 기능적으로 균등한 임의의 구현예들이 본 발명의 범위 이내에 해당한다. 사실상, 본 명세서에 도시되고 기술된 것 이외의 본 발명의 다양한 변형이 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 분명할 것이며, 이는 첨부된 청구 범위 내에 해당하는 것으로 의도된다. It is not intended to limit the scope of the invention to the specific embodiments disclosed in the intended embodiments as examples of some aspects of the invention, and any implementations that are functionally equivalent are within the scope of the present invention. Indeed, various modifications of the invention, other than that shown and described herein, will be apparent to those of ordinary skill in the art, which is intended to be within the scope of the appended claims.

몇몇 참조 문헌이 인용되었고, 그의 전체 개시가 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. Several references are cited, the entire disclosures of which are incorporated herein by reference.

Claims (45)

전기화학적 이중층 커패시터(electrochemical double layer capacitor: EDLC)로서,
양전극;
음전극;
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 세퍼레이터; 및
상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 세퍼레이터와 접촉하는 전해질 조성물;을 포함하고,
상기 전해질 조성물은 하나 이상의 포스포늄(phosphonium) 이온성 액체, 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 포스포늄 염을 포함하고,
상기 하나 이상의 포스포늄 이온성 액체 또는 포스포늄 염은 하나 이상의 하기 화학식의 포스포늄계 양이온; 및 하나 이상의 음이온;을 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터:
R1R2R3R4P
여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 알킬기이다.
As an electrochemical double layer capacitor (EDLC)
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator between the first electrode and the second electrode; And
And an electrolyte composition in contact with the positive electrode, the negative electrode and the separator,
The electrolyte composition comprises at least one phosphonium ionic liquid or at least one phosphonium salt dissolved in a solvent,
Wherein the at least one phosphonium ionic liquid or phosphonium salt comprises at least one phosphonium cation of the formula: And at least one anion; an electrochemical double layer capacitor:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
Here, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently an alkyl group.
제1항에 있어서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 1 내지 4개의 탄소 원자로 구성된 알킬기인, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group composed of 1 to 4 carbon atoms.
제1항에 있어서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 1 내지 4개의 탄소 원자로 구성된 알킬기이고, R기들 중 적어도 2개는 동일하고, 모든 R기들은 산소를 비함유한, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group consisting of 1 to 4 carbon atoms, at least two of the R groups are the same and all R groups are free of oxygen.
제1항에 있어서,
하나 이상의 R기들 중 하나 이상의 수소 원자가 불소로 치환된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the at least one R groups is substituted with fluorine.
제1항에 있어서,
임의의 하나 이상의 상기 포스포늄 염은 100oC 이하의 온도에서 액체 또는 고체일 수 있는, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Any one or more of the above phosphonium salts may be liquid or solid at a temperature of 100 < 0 > C or less.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 포스포늄 이온성 액체 또는 상기 포스포늄 염은 하나의 양이온 및 하나의 음이온 쌍으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of said phosphonium ionic liquid or said phosphonium salt is composed of one cation and one anion pair.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 포스포늄 이온성 액체 또는 상기 포스포늄 염은 하나의 음이온 및 다수의 양이온으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt is composed of one anion and a plurality of cations.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 포스포늄 이온성 액체 또는 상기 포스포늄 염은 하나의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt is composed of one cation and a plurality of anions.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 포스포늄 이온성 액체 또는 포스포늄 염은 다수의 양이온 및 다수의 음이온으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one phosphonium ionic liquid or phosphonium salt comprises a plurality of cations and a plurality of anions.
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CH3CH2CH2)2(CH3CH2)(CH3)P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CH 3 CH 2 CH 2) 2 (CH 3 CH 2) (CH 3) P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CH3CH2)3(CH3)P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CH 3 CH 2) 3 ( CH 3) P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CH3CH2CH2)(CH3CH2)3P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) 3 P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CH3CH2)4P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CH 3 CH 2) 4 P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CH3CH2CH2)3(CH3)P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CH 3 CH 2 CH 2) 3 (CH 3) P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CH3CH2CH2)3(CH3CH2)P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CH 3 CH 2 CH 2) 3 (CH 3 CH 2) P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CF3CH2CH2)(CH3CH2)3P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CF 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 3 P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CF3CH2CH2)3(CH3CH2)P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CF 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3 CH 2 ) P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CF3CH2CH2)3(CH3)P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CF 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3 ) P +
제1항에 있어서,
상기 포스포늄계 양이온은 하기 화학식으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
(CF3CH2CH2)4P+
The method according to claim 1,
Wherein the phosphonium-based cation is composed of an electrochemical double layer capacitor:
(CF 3 CH 2 CH 2 ) 4 P +
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 상기 포스포늄계 양이온, 및
PF6, (CF3)3PF3, (CF3)4PF2, (CF3CF2)4PF2, (CF3CF2CF2)4PF2, (-OCOCOO-)PF4, (-OCOCOO-)(CF3)3PF, (-OCOCOO-)3P, BF4, CF3BF3, (CF3)2BF2, (CF3)3BF, (CF3)4B, (-OCOCOO-)BF2, (-OCOCOO-)BF(CF3), (-OCOCOO-)(CF3)2B, (-OSOCH2SOO-)BF2, (-OSOCF2SOO-)BF2, (-OSOCH2SOO-)BF(CF3), (-OSOCF2SOO-)BF(CF3), (-OSOCH2SOO-)B(CF3)2, (-OSOCF2SOO-)B(CF3)2, CF3SO3, (CF3SO2)2N, (-OCOCOO-)2PF2, (CF3CF2)3PF3, (CF3CF2CF2)3PF3, (-OCOCOO-)2B, (-OCO(CH2)nCOO-)BF(CF3), (-OCOCR2COO-)BF(CF3), (-OCOCR2COO-)B(CF3)2, (-OCOCR2COO-)2B, CF3BF(-OOR)2, CF3B(-OOR)3, CF3B(-OOR)F2, (-OCOCOCOO-)BF(CF3), (-OCOCOCOO-)B(CF3)2, (-OCOCOCOO-)2B, (-OCOCR1R2CR1R2COO-)BF(CF3) 및 (-OCOCR1R2CR1R2COO-)B(CF3)2(여기서, R, R1 및 R2은 각각 독립적으로 H 또는 F이다)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 음이온을 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
The electrolyte composition comprises the phosphonium-based cation, and
PF 6, (CF 3) 3 PF 3, (CF 3) 4 PF 2, (CF 3 CF 2) 4 PF 2, (CF 3 CF 2 CF 2) 4 PF 2, (-OCOCOO-) PF 4, ( -OCOCOO -) (CF 3) 3 PF, (-OCOCOO-) 3 P, BF 4, CF 3 BF 3, (CF 3) 2 BF 2, (CF 3) 3 BF, (CF 3) 4 B, ( -OCOCOO-) BF 2, (-OCOCOO-) BF (CF 3), (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B, (-OSOCH 2 SOO-) BF 2, (-OSOCF 2 SOO-) BF 2, (-OSOCH 2 SOO-) BF (CF 3), (-OSOCF 2 SOO-) BF (CF 3), (-OSOCH 2 SOO-) B (CF 3) 2, (-OSOCF 2 SOO-) B (CF 3 ) 2 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N, (-OCOCOO-) 2 PF 2 , (CF 3 CF 2 ) 3 PF 3 , (CF 3 CF 2 CF 2 ) 3 PF 3 , -OCOCOO-) 2 B, (-OCO ( CH 2) n COO-) BF (CF 3), (-OCOCR 2 COO-) BF (CF 3), (-OCOCR 2 COO-) B (CF 3) 2 , (-OCOCR 2 COO-) 2 B , CF 3 BF (-OOR) 2, CF 3 B (-OOR) 3, CF 3 B (-OOR) F 2, (-OCOCOCOO-) BF (CF 3), (-OCOCOCOO-) B (CF 3) 2, (-OCOCOCOO-) 2 B, (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) BF (CF 3) and (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO -) B (CF 3 ) 2 wherein R, R 1 and R 2 are each independently H or F, , Electrochemical double layer capacitors.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 음이온은 -O3SCF3, -O2CCF3, -O2CCF2CF2CF3, CF3BF3 -, C(CN)3 -, PF6 -, NO3 -, -O3SCH3, BF4 -, -O3SCF2CF2CF3, -O2CCF2CF3, -O2CH, -O2CC6H5, -OCN, CO3 2 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, (CF3SO2)2N-, (CF3)2BF2 -, (CF3)3BF-, CF3CF2BF3 - 또는 -N(CN)2 중 임의의 하나 이상으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
The one or more anions are - O 3 SCF 3, - O 2 CCF 3, - O 2 CCF 2 CF 2 CF 3, CF 3 BF 3 -, C (CN) 3 -, PF 6 -, NO 3 -, - O 3 SCH 3, BF 4 -, - O 3 SCF 2 CF 2 CF 3, - O 2 CCF 2 CF 3, - O 2 CH, - O 2 CC 6 H 5, - OCN, CO 3 2 -, (-OCOCOO -) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (CF 3) 2 BF 2 -, (CF 3 ) 3 BF - , CF 3 CF 2 BF 3 - or - N (CN) 2 .
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 상기 포스포늄 염 및 하나 이상의 하기 용매를 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터:
아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트 (EC), 프로필렌 카보네이트 (PC), 부틸렌 카보네이트 (BC), 디메틸 카보네이트 (DMC), 디에틸 카보네이트 (DEC), 에틸메틸 카보네이트 (EMC) 또는 메틸에틸 카보네이트 (MEC), 메틸 프로피오네이트 (MP), 플루오로에틸렌 카보네이트 (FEC), 플루오로벤젠 (FB), 비닐렌카보네이트 (VC), 비닐에틸렌 카보네이트 (VEC), 페닐에틸렌 카보네이트 (PhEC), 프로필메틸 카보네이트 (PMC), 디에톡시에탄 (DEE), 디메톡시에탄 (DME), 테트라하이드로푸란 (THF), γ-부티로락톤(GBL), γ-발레로락톤 (GVL) 또는 이들의 혼합물.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte composition comprises an electrochemical double layer capacitor comprising the phosphonium salt and one or more of the following solvents:
(EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or methyl ethyl carbonate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), phenylethylene carbonate (PhEC), propylmethyl carbonate Diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), gamma -butyrolactone (GBL), gamma -valerolactone (GVL) or mixtures thereof.
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 상기 포스포늄 염을 포함하고, 상기 포스포늄 염은 화학식 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P+의 양이온; 및
화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이들의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte composition comprises the phosphonium salt, wherein the phosphonium salt is a cation of the formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P + ; And
Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - or any combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 상기 포스포늄 염을 포함하고, 상기 포스포늄 염은 화학식 (CH3)(CH3CH2)3P의 양이온; 및
화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이들의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온;으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
The electrolyte composition comprises the phosphonium salts, including the phosphonium salt of the formula (CH 3) (CH 3 CH 2) 3 P cations; And
Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - or any combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 상기 포스포늄 염을 포함하고, 상기 포스포늄 염은 화학식 (CH3CH2CH2)(CH3CH2)3P+의 양이온; 및
화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)2B-, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이들의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte composition comprises the phosphonium salt, wherein the phosphonium salt is a cation of the formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 3 P + ; And
Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO-) 2 B -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 상기 포스포늄 염을 포함하고, 상기 포스포늄 염은 화학식 (CH3CH2)4P+의 양이온; 및
화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이들의 조합 중 임의의 하나 이상의 음이온으로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte composition comprises the phosphonium salt, wherein the phosphonium salt is a cation of the formula (CH 3 CH 2 ) 4 P + ; And
Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 양전극 활물질 및 상기 음전극 활물질은 각각 카본블랙, 흑연, 그래핀; 탄소-금속 복합체; 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜; 리튬, 루테늄, 탄탈, 로듐, 이리듐, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 또는 바나듐의 산화물, 염화물, 브롬화물, 황산염, 질산염, 황화물, 수소화물, 질화물, 인화물, 또는 셀렌화물; 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
The positive electrode active material and the negative electrode active material may be carbon black, graphite, graphene, Carbon-metal complex; Polyaniline, polypyrrole, polythiophene; Oxides, chlorides, bromides, sulfates, nitrates, sulfides, hydrides, nitrides, phosphides, or selenides of lithium, ruthenium, tantalum, rhodium, iridium, cobalt, nickel, molybdenum, tungsten or vanadium; Or a combination thereof. ≪ Desc / Clms Page number 24 >
제1항에 있어서,
상기 양전극 활물질과 상기 음전극 활물질이 동일한, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material and the negative electrode active material are the same.
제1항에 있어서,
상기 양전극 활물질과 상기 음전극 활물질이 상이한, 전기화학적 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material and the negative electrode active material are different from each other.
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 하나 이상의 통상적인 비포스포늄(non-phosphonium) 염을 더 포함하는, 전기화학 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte composition further comprises one or more conventional non-phosphonium salts.
제31항에 있어서,
상기 포스포늄계 이온성 액체 또는 상기 포스포늄 염 및 상기 통상적인 염은 상기 전해질 조성물 중에 1:100 내지 1:1의 범위의 상기 포스포늄계 이온성 액체 또는 상기 포스포늄 염: 상기 통상적인 염의 몰비로 존재하는, 전기화학 이중층 커패시터.
32. The method of claim 31,
The phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt and the conventional salt may be added to the electrolyte composition in the range of 1: 100 to 1: 1 in the phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt: Lt; RTI ID = 0.0 > electrochemical < / RTI >
제31항에 있어서,
상기 하나 이상의 통상적인 염은 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트 (TEABF4), 트리에틸메틸암모늄 테트라플루오로보레이트 (TEMABF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIBF4), 1-에틸-3- 메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 (EMIIm) 및 1-에틸-3- 메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트 (EMIPF6)로 이루어진 군으로부터 선택된, 전기화학 이중층 커패시터.
32. The method of claim 31,
The at least one conventional salt is selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ) Ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMIIm) and 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (EMIPF 6 ) Electrochemical double layer capacitors.
전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)로서,
양전극;
음전극;
상기 양전극과 상기 음전극 사이의 세퍼레이터; 및
상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 세퍼레이터와 접촉하는 전해질 조성물;을 포함하고,
상기 전해질 조성물은 하나 이상의 포스포늄 이온성 액체, 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 포스포늄 염을 포함하고,
상기 하나 이상의 포스포늄 이온성 액체 또는 포스포늄 염은 하기 화학식의 하나 이상의 양이온:
P(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y (여기서, x, y = 0 내지 4; x+y = 4) ; 및
하기 화학식의 하나 이상의 음이온:
(CF3)xBF4 -x (여기서, x= 0 내지 4)
(CF3(CF2)n)xPF6 -x (여기서, n= 0 내지 2; x= 0 내지 4)
(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, n=0 내지 2; x= 0 내지 2)
(-OCO(CH2)nCOO-)2B (여기서, n=0 내지 2)
(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, x= 0 내지 2)
(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6 -2x-y (x = 1 내지 3; y = 0 내지 4; 2x+y = 6);을 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터.
As an electrochemical double layer capacitor (EDLC)
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator between the positive electrode and the negative electrode; And
And an electrolyte composition in contact with the positive electrode, the negative electrode and the separator,
The electrolyte composition comprises at least one phosphonium ionic liquid, or at least one phosphonium salt dissolved in a solvent,
Wherein the at least one phosphonium ionic liquid or phosphonium salt comprises at least one cation of the formula:
P (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 4-xy ( where, x, y = 0 to 4; x + y = 4) ; And
At least one anion of the formula:
(CF 3) x BF 4 -x ( where, x = 0 to 4)
(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 4)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 2)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)
(-OSOCH 2 SOO -) (CF 3 ) x BF 2 -x (where x = 0 to 2)
(-OCOCOO-) x (CF 3) y PF 6 -2x-y (x = 1 to 3; y = 0 to 4; 2x + y = 6) ;, electrochemical double layer capacitor comprising a.
전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)로서,
양전극;
음전극;
상기 양전극과 상기 음전극 사이의 세퍼레이터; 및
상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 세퍼레이터와 접촉하는 전해질 조성물;을 포함하고,
상기 전해질 조성물은 하나 이상의 포스포늄 이온성 액체, 또는 용매 중에 용해된 하나 이상의 포스포늄 염을 포함하고,
상기 하나 이상의 포스포늄 이온성 액체 또는 상기 포스포늄 염은 하기 화학식의 하나 이상의 양이온:
P(-CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y (여기서, x, y = 0 내지 2; x+y = 2)
P(-CH2CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y (여기서, x, y = 0 내지 2; x+y = 2); 및
하기 화학식의 하나 이상의 음이온:
(CF3)xBF4 -x (여기서, x= 0 내지 4)
(CF3(CF2)n)xPF6 -x (여기서, n= 0 내지 2; x= 0 내지 4)
(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, n=0 내지 2; x= 0 내지 2)
(-OCO(CH2)nCOO-)2B (여기서, n=0 내지 2)
(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2 -x (여기서, x= 0 내지 2)
(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6 -2x-y (x = 1 내지 3; y = 0 내지 4; 2x+y = 6);을 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터.
As an electrochemical double layer capacitor (EDLC)
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator between the positive electrode and the negative electrode; And
And an electrolyte composition in contact with the positive electrode, the negative electrode and the separator,
The electrolyte composition comprises at least one phosphonium ionic liquid, or at least one phosphonium salt dissolved in a solvent,
Wherein said at least one phosphonium ionic liquid or said phosphonium salt comprises at least one cation of the formula:
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -) (CH 3 CH 2 CH 2) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 2-xy ( where, x, y = 0 to 2; x + y = 2)
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -) (CH 3 CH 2 CH 2) y (CH 3 CH 2) x (CH 3) 2-xy ( where, x, y = 0 to 2; x + y = 2); And
At least one anion of the formula:
(CF 3) x BF 4 -x ( where, x = 0 to 4)
(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 4)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2 -x (where n = 0 to 2; x = 0 to 2)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)
(-OSOCH 2 SOO -) (CF 3 ) x BF 2 -x (where x = 0 to 2)
(-OCOCOO-) x (CF 3) y PF 6 -2x-y (x = 1 to 3; y = 0 to 4; 2x + y = 6) ;, electrochemical double layer capacitor comprising a.
제34항에 있어서,
상기 하나 이상의 양이온 또는 음이온 중 하나 이상의 수소 원자가 불소로 치환된, 전기화학적 이중층 커패시터.
35. The method of claim 34,
Wherein at least one hydrogen atom of the at least one cation or anion is substituted with fluorine.
제35항에 있어서,
상기 하나 이상의 양이온 또는 음이온 중 하나 이상의 수소 원자가 불소로 치환된, 전기화학적 이중층 커패시터.
36. The method of claim 35,
Wherein at least one hydrogen atom of the at least one cation or anion is substituted with fluorine.
전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)로서,
양전극;
음전극;
상기 양전극과 상기 음전극 사이의 세퍼레이터; 및
상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 세퍼레이터와 접촉하는 전해질 조성물;을 포함하고,
상기 전해질 조성물은 용매 중에 용해된 포스포늄 염을 포함하고, 상기 포스포늄 염은 하기로 구성된, 전기화학적 이중층 커패시터:
1:3:1 몰비의 (CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P /(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)P로 구성된 양이온; 및
화학식 BF4 -, PF6 -, CF3BF3 -, (-OCOCOO-)BF2 -, (-OCOCOO-)(CF3)2B-, (-OCOCOO-)2B-, CF3SO3 -, C(CN)3 -, (CF3SO2)2N- 또는 이들의 조합 중 하나 이상의 음이온.
As an electrochemical double layer capacitor (EDLC)
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator between the positive electrode and the negative electrode; And
And an electrolyte composition in contact with the positive electrode, the negative electrode and the separator,
Wherein the electrolyte composition comprises a phosphonium salt dissolved in a solvent, wherein the phosphonium salt is an electrochemical double layer capacitor comprising:
1: 3: 1 molar ratio of (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P; And
Formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (-OCOCOO-) BF 2 -, (-OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (-OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N -, or a combination thereof.
제38항에 있어서,
상기 음이온은 BF4 - 및 CF3BF3 -의 혼합물로 구성되고, [BF4 -]:[CF3BF3 -] 농도의 몰비는 100/1 내지 1/1 범위인, 전기화학적 이중층 커패시터.
39. The method of claim 38,
Wherein the anion is composed of a mixture of BF 4 - and CF 3 BF 3 - and the molar ratio of the [BF 4 - ]: [CF 3 BF 3 - ] concentration ranges from 100/1 to 1/1.
제38항에 있어서,
상기 음이온은 PF6 - 및 CF3BF3 -의 혼합물로 구성되고, [PF6 -]:[CF3BF3 -] 농도의 몰비는 100/1 내지 1/1의 범위인, 전기화학적 이중층 커패시터.
39. The method of claim 38,
Wherein the anion is composed of a mixture of PF 6 - and CF 3 BF 3 - and the molar ratio of [PF 6 - ]: [CF 3 BF 3 - ] concentration is in the range of 100/1 to 1/1, .
제38항에 있어서,
상기 음이온은 PF6 - 및 BF4 -의 혼합물로 구성되고, [PF6 -]:[BF4 -] 농도의 몰비는 100/1 내지 1/1의 범위인, 전기화학적 이중층 커패시터.
39. The method of claim 38,
The anions are PF 6 - and BF 4 - consists of a mixture of, [PF 6 -]: [ BF 4 -] molar ratio of the concentration in the range of 100/1 to 1/1, an electrochemical double layer capacitor.
전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)로서,
양전극;
음전극;
상기 양전극과 상기 음전극 사이의 세퍼레이터; 및
상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 세퍼레이터와 접촉하는 전해질 조성물;을 포함하고,
상기 전해질 조성물은 용매 중에 용해된 포스포늄 염을 포함하고, 상기 포스포늄 염은 하기를 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터:
1:3:1 몰비의 (CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P /(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)P로 구성된 양이온; 및
CF3BF3 -로 구성된 음이온.
As an electrochemical double layer capacitor (EDLC)
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator between the positive electrode and the negative electrode; And
And an electrolyte composition in contact with the positive electrode, the negative electrode and the separator,
Wherein the electrolyte composition comprises a phosphonium salt dissolved in a solvent, wherein the phosphonium salt comprises an electrochemical double layer capacitor:
1: 3: 1 molar ratio of (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P; And
Anion composed of CF 3 BF 3 - .
전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)로서,
양전극;
음전극;
상기 양전극과 상기 음전극 사이의 세퍼레이터; 및
상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 세퍼레이터와 접촉하는 전해질 조성물;을 포함하고,
상기 전해질 조성물은 포스포늄 용매 중에 용해된 포스포늄 염을 포함하고, 상기 염은 하기를 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터:
1:3:1 몰비의 (CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P /(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)P로 구성된 양이온; 및
BF4 -로 구성된 음이온.
As an electrochemical double layer capacitor (EDLC)
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator between the positive electrode and the negative electrode; And
And an electrolyte composition in contact with the positive electrode, the negative electrode and the separator,
Wherein the electrolyte composition comprises a phosphonium salt dissolved in a phosphonium solvent, the salt comprising an electrochemical double layer capacitor:
1: 3: 1 molar ratio of (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P; And
Anion composed of BF 4 - .
전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)로서,
양전극;
음전극;
상기 양전극과 상기 음전극 사이의 세퍼레이터; 및
상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 세퍼레이터와 접촉하는 전해질 조성물;을 포함하고,
상기 전해질 조성물은 용매 중에 용해된 포스포늄 염을 포함하고, 상기 포스포늄 염은 하기를 포함하는, 전기화학적 이중층 커패시터:
1:3:1 몰비의 (CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P /(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)P로 구성된 양이온; 및
PF6 -로 구성된 음이온.
As an electrochemical double layer capacitor (EDLC)
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator between the positive electrode and the negative electrode; And
And an electrolyte composition in contact with the positive electrode, the negative electrode and the separator,
Wherein the electrolyte composition comprises a phosphonium salt dissolved in a solvent, wherein the phosphonium salt comprises an electrochemical double layer capacitor:
1: 3: 1 molar ratio of (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P; And
Anion composed of PF 6 - .
제1항에 따른 전기화학적 이중층 커패시터의 어레이 및 전지의 어레이를 포함하는 하이브리드 에너지 저장 시스템.A hybrid energy storage system comprising an array of electrochemical bi-layer capacitors according to claim 1 and an array of cells.
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