KR20230026540A - 에너지 제공 장치 및 이의 용도 - Google Patents
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Abstract
에너지 제공 장치에서 사용하기 위한 조성물 및 이러한 장치를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함하는 에너지 제공 장치 또는 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온성 화합물을 포함하는 전해질을 포함하는 에너지 제공 장치가 본 명세서에 또한 포함된다.
Description
상호 참조
본 출원은 2016년 12월 1일자로 출원된 미국 가출원 제62/428,899호 및 2017년 11월 20일자로 출원된 미국 가출원 제62/588,613호(이들 출원 둘 다는 본 명세서에 참고로 포함됨)의 이익을 주장한다.
연방정부 지원된 조사에 관한 성명
본 발명은 국립 과학 재단(National Science Foundation)이 부여한 계약 번호 CBET 1337065 하에 정부 지원에 의해 이루어졌다. 정부는 본 발명에 소정의 권한을 갖는다.
재생 가능한 에너지 자원, 예컨대 풍력, 태양 및 수력전기는 전통적인 화석 에너지에 대한 대체 에너지원이다. 몇몇 경우에, 재생 가능한 에너지의 단점은 이의 가변성 및 불규칙한 발전을 포함한다. 그러므로, 에너지 저장 장치, 예컨대 배터리, 플라이휠(flywheel) 및 슈퍼커패시터는 지속적이고 안정한 에너지 공급의 전달을 보장하도록 사용되었다.
소정의 실시형태에서, 에너지 제공 장치, 에너지 제공 장치에서 사용하기 위한 조성물 및 이러한 장치를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시된다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물에 의해 변성된 기판을 포함하는 에너지 제공 장치가 본 명세서에 개시된다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온 변성된 기판(zwitterion-modified substrate)을 포함하는 에너지 제공 장치가 본 명세서에 개시된다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물 변성된 기판(charged compound modified substrate) 또는 쌍성이온 변성된 기판은 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물을 포함한다: 
, 식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고, 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
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및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
, 
, 
, 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다: 
, 
, 
및 
. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
또는 
로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
이다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
이다. 몇몇 실시형태에서, Z는 -CR6aR6b-이다. 몇몇 실시형태에서, R6a 및 R6b는 각각 수소이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0, 1, 2 또는 3이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0이다. 몇몇 실시형태에서, R5a는 -NR10aR10b R10c+이고; R5b는 수소이고; R5c는 수소이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 C1-C4알킬이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 메틸이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 기판은 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 세퍼레이터는 폴리머계 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리머계 세퍼레이터는 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 세퍼레이터는 폴리에틸렌(polyethylene: PE), 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리아마이드(polyamide: PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride: PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 세퍼레이터는 미세다공성(microporous) 세퍼레이터, 부직포(nonwoven) 세퍼레이터, 이온 교환 막(ion-exchange membrane), 지지된 액체 막(supported liquid membrane) 또는 고체 이온 전도체(solid ion conductor)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 기판은 화학식 I의 구조를 갖는 화합물과 결합할 수 있는 모이어티(moiety)를 함유하는 탄소계 기판을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소계 기판은 폴리머 모이어티를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소계 기판은 폴리올레핀 모이어티를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 모이어티는 폴리에틸렌(PE) 모이어티, 폴리프로필렌(PP) 모이어티, 폴리아마이드(PA) 모이어티, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 모이어티, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 모이어티 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 모이어티를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판에 배치된 전해질을 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 극성 전해질이다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 카보네이트계 전해질을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 수성 전해질이다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 전극을 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 전극은 탄소계 전극이다. 몇몇 실시형태에서, 탄소계 전극은 탄소계 기판이다. 몇몇 실시형태에서, 그래핀계 전극은 다공성 그래핀 매트릭스를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 다공성 그래핀 매트릭스는 그래핀 시트의 단일 또는 다중 층의 3차원 끼워넣기 네트워크(three-dimensional intercalated network)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 그래핀계 전극은 파형 탄소-탄소 네트워크(corrugated carbon-carbon network)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 화학식 I의 구조를 갖는 화합물은 파형 탄소-탄소 네트워크에 추가로 디포짓(deposit)된다. 몇몇 실시형태에서, 전극은 애노드이다. 몇몇 실시형태에서, 전극은 캐소드이다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 배터리, 슈퍼커패시터 또는 연료 전지를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 배터리이다. 몇몇 실시형태에서, 배터리는 1차 전지 또는 2차 전지를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 배터리는 납산 전지, NiCad 전지, NiMH 전지, NaNiCl 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 철 전지, 니켈 아연 전지, 산화은, 니켈 수소 또는 리튬 폴리머 전지를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 배터리는 앰플 배터리, 플로우 배터리(flow battery) 또는 물 활성화 배터리(water activated battery)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 슈퍼커패시터이다. 몇몇 실시형태에서, 슈퍼커패시터는 전기화학 이중-층 커패시터(electrochemical double-layer capacitor: EDLC), 슈도커패시터(pseudocapacitor) 또는 하이브리드 슈퍼커패시터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 연료 전지이다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 더 낮은 내부 저항을 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 증가된 전해질 업테이크(uptake)를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 증가된 전하 이동을 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 전하 이동은 애노드와 캐소드 사이이다. 몇몇 실시형태에서, 전하 이동은 전극과 전해질 사이이다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 증가된 전기용량을 갖는다.
소정의 실시형태에서, 과할로겐화 페닐 아자이드(perhalogenatedphenyl azide) 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함하는 에너지 제공 장치가 본 명세서에 개시되고, 여기서 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 하기 화학식 I의 구조를 갖는다: 
, 식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 할로겐이고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고, 단 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
, 
, 
, 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다: 
, 
, 
및 
. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
또는 
로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
이다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
이다. 몇몇 실시형태에서, Z는 -CR6aR6b-이다. 몇몇 실시형태에서, R6a 및 R6b는 각각 수소이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0, 1, 2 또는 3이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0이다. 몇몇 실시형태에서, R5a는 -NR10aR10b R10c+이고; R5b는 수소이고; R5c는 수소이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 C1-C4알킬이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 메틸이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 극성 전해질이다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 카보네이트계 전해질을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 전해질은 수성 전해질이다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 세퍼레이터 및 전극을 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 세퍼레이터는 폴리머계 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리머계 세퍼레이터는 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 세퍼레이터는 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 전극은 탄소계 전극이다. 몇몇 실시형태에서, 탄소계 전극은 그래핀계 전극이다. 몇몇 실시형태에서, 그래핀계 전극은 다공성 그래핀 매트릭스를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 다공성 그래핀 매트릭스는 그래핀 시트의 단일 또는 다중 층의 3차원 끼워넣기 네트워크를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 그래핀계 전극은 파형 탄소-탄소 네트워크를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질은 파형 탄소-탄소 네트워크에 추가로 디포짓된다. 몇몇 실시형태에서, 전극은 애노드이다. 몇몇 실시형태에서, 전극은 캐소드이다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 배터리, 슈퍼커패시터 또는 연료 전지를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 배터리이다. 몇몇 실시형태에서, 배터리는 1차 전지 또는 2차 전지이다. 몇몇 실시형태에서, 배터리는 납산 전지, NiCad 전지, NiMH 전지, NaNiCl 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 철 전지, 니켈 아연 전지, 산화은, 니켈 수소 또는 리튬 폴리머 전지를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 배터리는 앰플 배터리, 플로우 배터리 또는 물 활성화 배터리를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 슈퍼커패시터이다. 몇몇 실시형태에서, 슈퍼커패시터는 전기화학 이중-층 커패시터(EDLC), 슈도커패시터 또는 하이브리드 슈퍼커패시터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 에너지 제공 장치는 연료 전지이다.
소정의 실시형태에서, (a) 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 용액에 적어도 40분 동안 인큐베이팅(incubating)하는 단계; 및 (b) 단계 a)의 처리된 기판을 적어도 1분 동안 광원 하에 노출시켜서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 생성하는 단계를 포함하는, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 제조하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 몇몇 실시형태에서, 단계 a)의 인큐베이팅은 적어도 45분, 적어도 50분, 적어도 55분, 적어도 60분, 적어도 65분, 적어도 70분, 적어도 80분, 적어도 90분 또는 적어도 120분 동안이다. 몇몇 실시형태에서, 단계 a)의 인큐베이팅은 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 45℃ 내지 80℃, 45℃ 내지 70℃, 45℃ 내지 65℃, 45℃ 내지 60℃, 45℃ 내지 55℃, 45℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 80℃, 50℃ 내지 70℃, 50℃ 내지 60℃, 55℃ 내지 80℃, 55℃ 내지 70℃, 55℃ 내지 60℃, 60℃ 내지 80℃ 또는 60℃ 내지 70℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 단계 a)의 인큐베이팅은 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃ 또는 80℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 광원 하의 단계 b)의 노출은 적어도 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안이다. 몇몇 실시형태에서, 광원은 자외선 광원이다. 몇몇 실시형태에서, 자외선 광원은 적어도 900㎼/㎠의 세기를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 자외선 광원은 240㎚ 내지 280㎚, 240㎚ 내지 275㎚, 240㎚ 내지 270㎚, 240㎚ 내지 265㎚, 240㎚ 내지 260㎚, 240㎚ 내지 255㎚, 240㎚ 내지 250㎚, 240㎚ 내지 245㎚, 250㎚ 내지 280㎚, 250㎚ 내지 275㎚, 250㎚ 내지 270㎚, 250㎚ 내지 265㎚, 250㎚ 내지 260㎚, 255㎚ 내지 280㎚, 255㎚ 내지 275㎚, 255㎚ 내지 270㎚, 255㎚ 내지 265㎚, 255㎚ 내지 260㎚, 260㎚ 내지 280㎚, 260㎚ 내지 275㎚, 260㎚ 내지 270㎚ 또는 270㎚ 내지 280㎚의 파장을 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 자외선 광원은 적어도 240㎚, 245㎚, 250㎚, 251㎚, 252㎚, 253㎚, 254㎚, 255㎚, 256㎚, 257㎚, 258㎚, 259㎚, 260㎚, 261㎚, 262㎚, 263㎚, 264㎚, 265㎚, 266㎚, 267㎚, 268㎚, 269㎚, 270㎚, 275㎚ 또는 280㎚의 파장을 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 단계 a)의 용액은 제1 물-알코올 용액이다. 몇몇 실시형태에서, 제1 물-알코올 용액은 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 알코올은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올 또는 사이클로헥산올을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이다: 
, 식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고, 단 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
, 
, 
, 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다: 
, 
, 
및 
. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
또는 
로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
이다. 몇몇 실시형태에서, Q는 
이다. 몇몇 실시형태에서, Z는 -CR6aR6b-이다. 몇몇 실시형태에서, R6a 및 R6b는 각각 수소이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0, 1, 2 또는 3이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0이다. 몇몇 실시형태에서, R5a는 -NR10aR10b R10c+이고; R5b는 수소이고; R5c는 수소이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는다: 
. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 C1-C4알킬이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 메틸이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 용액 중의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 1mM 내지 10mM, 1mM 내지 9mM, 1mM 내지 8mM, 1mM 내지 7mM, 1mM 내지 6mM, 1mM 내지 5mM, 1mM 내지 4mM, 1mM 내지 3mM, 1mM 내지 2mM, 1.5mM 내지 10mM, 1.5mM 내지 9mM, 1.5mM 내지 8mM, 1.5mM 내지 7mM, 1.5mM 내지 6mM, 1.5mM 내지 5mM, 1.5mM 내지 4mM, 1.5mM 내지 3mM, 1.5mM 내지 2mM, 2mM 내지 10mM, 2mM 내지 9mM, 2mM 내지 8mM, 2mM 내지 7mM, 2mM 내지 6mM, 2mM 내지 5mM, 2mM 내지 4mM, 2mM 내지 3mM, 3mM 내지 10mM, 3mM 내지 8mM, 3mM 내지 6mM, 4mM 내지 10mM, 4mM 내지 8mM, 4mM 내지 6mM, 5mM 내지 10mM, 5mM 내지 8mM, 6mM 내지 10mM 또는 8mM 내지 10mM이다. 몇몇 실시형태에서, 용액 중의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1mM, 1.1mM, 1.2mM, 1.3mM, 1.4mM, 1.5mM, 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, 2mM, 2.1mM, 2.2mM, 2.3mM, 2.4mM, 2.5mM, 2.6mM, 2.7mM, 2.8mM, 2.9mM, 3mM, 3.5mM, 4mM, 4.5mM, 5mM, 6mM, 7mM, 8mM, 9mM 또는 10mM이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 0.1 내지 1㎖이다. 몇몇 실시형태에서, 상기 방법은 단계 b)의 광원에 의한 노출 후 제2 물-알코올 용액 중에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 인큐베이팅하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 제2 물-알코올 용액은 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 알코올은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올 또는 사이클로헥산올을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 인큐베이팅은 제2 물-알코올 용액 중에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 음파처리하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 음파처리는 적어도 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안이다. 몇몇 실시형태에서, 상기 방법은 제2 물-알코올 용액 중의 인큐베이팅 후 진공 하에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 건조시키는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 세퍼레이터는 폴리머계 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리머계 세퍼레이터는 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 세퍼레이터는 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 기판은 화학식 I의 퍼플루오로페닐아자이드(perfluorophenylazide) 하전된 또는 쌍성이온 유도체(derivative)와 결합할 수 있는 모이어티를 함유하는 탄소계 기판을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소계 기판은 폴리머 모이어티를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소계 기판은 폴리올레핀 모이어티를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 모이어티는 폴리에틸렌(PE) 모이어티, 폴리프로필렌(PP) 모이어티, 폴리아마이드(PA) 모이어티, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 모이어티, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 모이어티 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 모이어티를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 하기 화학식 IIa의 구조를 갖는 화합물이 본 명세서에 개시된다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a 및 R10b는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, A는 -(SO2)-이다. 몇몇 실시형태에서, A는 -(C=O)-이다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 독립적으로 -Cl 또는 -F로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 메틸이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2 -이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
본 명세서에 기재된 장치, 조성물 및 방법의 이점은 LiB에서 사용하기 위한 폴리올레핀 세퍼레이터를 작용기화하는 능력이다. 몇몇 경우에, 상기 방법은 낮은 비용으로 몇 미터의 변성된 세퍼레이터(modified separator)의 제조를 허용하는 PFPA 광화학 및 롤-대-롤(roll-to-roll) 변성 시스템을 사용한다. 몇몇 경우에, 비처리된 상업용 세퍼레이터와 비교하여, 변성된 세퍼레이터는 배터리 제조 공정에서 중요한 인자인 LiB 전해질에 대한 극적으로 개선된 습윤성을 나타낸다. 몇몇 경우에, 변성된 세퍼레이터는 현재의 상업용 세퍼레이터보다 훨씬 광범위한 전해질에 의해 습윤되어서, 이전에는 세퍼레이터, 특히 오직 환식 카보네이트(cyclic carbonates)로 이루어진 것과의 비호환성(incompatibility)에 의해 지장을 받은 전해질에 대한 추가적인 연구를 가능케 한다. 몇몇 경우에, 극성 PFPA-설포베타인(PFPA-sulfobetaine) 분자에 의한 상업용 PE 및 PP/PE/PE 세퍼레이터의 변성은 폴리올레핀 세퍼레이터의 표면 에너지 및 친수성을 증가시킨다. 상업용 세퍼레이터에 대한 이러한 개선은 몇몇 상이한 방전율(C-rate)에서 순환된 상업용 전해질로 제조된 NMC/흑연 풀 전지의 방전 용량을 증가시킬 수 있다. 변성된 세퍼레이터의 사용은 또한 이전에는 상업적으로 가능한 폴리올레핀 세퍼레이터와의 비호환성에 의해 지장을 받은 더 열 안정하거나 높은 전압의 전해질의 상업화를 가능하게 할 수 있다.
본 개시내용의 다양한 양태는 특히 첨부된 청구항에 기재되어 있다. 본 개시내용의 특징 및 이점의 더 양호한 이해는 본 개시내용의 원칙을 이용되는 예시적인 실시형태를 기재한 하기 상세한 설명 및 동반된 도면을 참고하여 얻어질 것이고, 여기서,
도 1은 PFPA-설포베타인 변성된 폴리올레핀 세퍼레이터의 SEM 영상(왼쪽) 및 폴리올레핀 세퍼레이터의 외부 및 내부 표면에 그래프팅된 PFPA-설포베타인 분자의 도식적 표시(오른쪽)를 보여준다.
도 2a는 비처리된 PE 단일층(위) 및 PFPA-설포베타인-변성된 PE 단일층(아래) 세퍼레이터의 융점을 결정하기 위해 사용된 시차 주사 열량계(DSC)를 보여준다.
도 2b는 비처리된 PP/PE/PP 삼중층(위) 및 PFPA-설포베타인-변성된 PP/PE/PP 삼중층(아래) 세퍼레이터의 융점을 결정하기 위해 사용된 시차 주사 열량계(DSC)를 보여준다.
도 3은 비처리된 및 PFPA-설포베타인 변성된 폴리올레핀 세퍼레이터의 습윤성 시험을 보여준다.
도 4는 뷰탄 토치로부터의 화염에 잠깐의 노출 후 PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터 및 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6(왼쪽) 및 GBl 중의 1.0M LiBF4(오른쪽)를 함유하는 전지의 사진을 보여준다.
도 5a는 전해질로서 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6에 의해 제조된 스테인리스 강/세퍼레이터/스테인리스 강 전지의 나이퀴스트(Nyquist) 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터의 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 5b는 전해질로서 감마-뷰티로락톤 중의 1.0M LiBF4에 의해 제조된 스테인리스 강/세퍼레이터/스테인리스 강 전지의 나이퀴스트 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터의 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 6은 사이클링 전의 흑연 애노드, NMC 캐소드, 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6 및 세퍼레이터로 이루어진 전지의 나이퀴스트 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터의 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 7은 C/5, C/2 및 1C의 방전율에서의 1.0M LiPF6 1:1 EC:DMC를 함유하는 NMC/흑연 풀 LiB 전지의 평균 방전 용량을 보여준다. 전지를 각각의 방전율에서 11회 사이클 동안 C/5, C/2, 1C의 속도에서 그리고 다시 C/2에서 사이클링하였다. 각각의 유형의 3개의 전지를 시험하고, 결과를 평균하였다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터 전지에 대한 사이클링 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 8은 45 사이클 후 흑연 애노드, NMC 캐소드, 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6 및 비처리된 및 처리된 세퍼레이터로 이루어진 전지의 나이퀴스트 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터 전지의 사이클링 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 9는 예시적인 상업용 막 세퍼레이터 및 변성된 막 세퍼레이터를 예시한다. UV 광에 대한 노출 시, 변성된 막 세퍼레이터의 색상은 상업용 막 세퍼레이터에 비해 투명으로부터 밝은 황색 색상으로 변한다.
도 10은 예시적인 변성된 막 세퍼레이터의 시차 주사 열량계(DSC) 온도기록도 및 대조군의 DSC 온도기록도를 보여준다.
도 11은 상이한 온도에 기초한 전해질 업테이크를 보여준다.
도 12a는 대조군 막의 접촉각(104.77°)을 보여준다.
도 12b는 변성된 막의 접촉각(74.23°)을 보여준다.
도 13은 다양한 막 세퍼레이터의 스펙트럼에 의해 덮인 PFPA-쌍성이온 화합물의 솔리드 스테이트 IR 스펙트럼을 보여준다.
도 14는 막 세퍼레이터의 슈퍼커패시터 전기화학 임피던스 스펙트럼을 보여준다.
도 15는 PFPA-쌍성이온 변성된 세퍼레이터를 제조하는 "롤-대-롤" 방법을 예시한다.
도 1은 PFPA-설포베타인 변성된 폴리올레핀 세퍼레이터의 SEM 영상(왼쪽) 및 폴리올레핀 세퍼레이터의 외부 및 내부 표면에 그래프팅된 PFPA-설포베타인 분자의 도식적 표시(오른쪽)를 보여준다.
도 2a는 비처리된 PE 단일층(위) 및 PFPA-설포베타인-변성된 PE 단일층(아래) 세퍼레이터의 융점을 결정하기 위해 사용된 시차 주사 열량계(DSC)를 보여준다.
도 2b는 비처리된 PP/PE/PP 삼중층(위) 및 PFPA-설포베타인-변성된 PP/PE/PP 삼중층(아래) 세퍼레이터의 융점을 결정하기 위해 사용된 시차 주사 열량계(DSC)를 보여준다.
도 3은 비처리된 및 PFPA-설포베타인 변성된 폴리올레핀 세퍼레이터의 습윤성 시험을 보여준다.
도 4는 뷰탄 토치로부터의 화염에 잠깐의 노출 후 PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터 및 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6(왼쪽) 및 GBl 중의 1.0M LiBF4(오른쪽)를 함유하는 전지의 사진을 보여준다.
도 5a는 전해질로서 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6에 의해 제조된 스테인리스 강/세퍼레이터/스테인리스 강 전지의 나이퀴스트(Nyquist) 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터의 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 5b는 전해질로서 감마-뷰티로락톤 중의 1.0M LiBF4에 의해 제조된 스테인리스 강/세퍼레이터/스테인리스 강 전지의 나이퀴스트 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터의 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 6은 사이클링 전의 흑연 애노드, NMC 캐소드, 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6 및 세퍼레이터로 이루어진 전지의 나이퀴스트 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터의 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 7은 C/5, C/2 및 1C의 방전율에서의 1.0M LiPF6 1:1 EC:DMC를 함유하는 NMC/흑연 풀 LiB 전지의 평균 방전 용량을 보여준다. 전지를 각각의 방전율에서 11회 사이클 동안 C/5, C/2, 1C의 속도에서 그리고 다시 C/2에서 사이클링하였다. 각각의 유형의 3개의 전지를 시험하고, 결과를 평균하였다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터 전지에 대한 사이클링 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 8은 45 사이클 후 흑연 애노드, NMC 캐소드, 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6 및 비처리된 및 처리된 세퍼레이터로 이루어진 전지의 나이퀴스트 선도(Real(Z') 대 Imaginary(Z''))를 보여준다. 비처리된 PP/PE/PP 삼중층 세퍼레이터 전지의 사이클링 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 얻을 수 없었다.
도 9는 예시적인 상업용 막 세퍼레이터 및 변성된 막 세퍼레이터를 예시한다. UV 광에 대한 노출 시, 변성된 막 세퍼레이터의 색상은 상업용 막 세퍼레이터에 비해 투명으로부터 밝은 황색 색상으로 변한다.
도 10은 예시적인 변성된 막 세퍼레이터의 시차 주사 열량계(DSC) 온도기록도 및 대조군의 DSC 온도기록도를 보여준다.
도 11은 상이한 온도에 기초한 전해질 업테이크를 보여준다.
도 12a는 대조군 막의 접촉각(104.77°)을 보여준다.
도 12b는 변성된 막의 접촉각(74.23°)을 보여준다.
도 13은 다양한 막 세퍼레이터의 스펙트럼에 의해 덮인 PFPA-쌍성이온 화합물의 솔리드 스테이트 IR 스펙트럼을 보여준다.
도 14는 막 세퍼레이터의 슈퍼커패시터 전기화학 임피던스 스펙트럼을 보여준다.
도 15는 PFPA-쌍성이온 변성된 세퍼레이터를 제조하는 "롤-대-롤" 방법을 예시한다.
세퍼레이터는, 에너지 제공 장치에서, 애노드 및 캐소드를 전기 절연시키고 물리적으로 분리하여서, 자유로운 이온 이동을 가능하게 하고 전자 흐름을 막는 것이 가능하도록 사용된다. 몇몇 경우에, 에너지 제공 장치에서 사용하기에 적합한 세퍼레이터는 얇고 가요성이고, 기계적으로 및 화학적으로 튼튼하여서, 세퍼레이터가 장치의 수명에 걸쳐 공칭 변화를 수행하게 한다. 추가적인 경우에, 에너지 제공 장치에서 사용하기에 적합한 세퍼레이터는 넓은 표면적을 보유하고, 과열을 최소화하고 "열 폭주(thermal runaway)"의 기회를 감소시키도록 고온을 견딘다.
몇몇 경우에, 폴리머계 세퍼레이터는 애노드 및 캐소드를 분리하도록 사용된다. 이의 튼튼한 기계적 특성, 고도 산화 상태에서의 화학 안정성 및 저비용으로 인해, 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 폴리올레핀 세퍼레이터는 상업용 리튬-이온 배터리(LiB)에서 선택의 세퍼레이터로 떠올랐다. 추가적으로, PE 세퍼레이터는 전지 내부의 퓨즈로서 작용함으로써 열 폭주를 막는 고유한 안전 장치 기능(safety feature)을 가진다. 결함 배터리가 누전으로부터 가열되면서, 다공성 세퍼레이터는 회로를 파괴시키는 치밀한 필름으로 용융하여, 배터리 내의 추가의 전기화학 반응을 막는다. LiB 화재 및 폭발의 몇몇 이유가 공공의 주목을 받으면서, 세이프티는 상업용 LiB에 대한 세퍼레이터를 선택할 때 아마도 가장 중요한 요건 중 하나가 된다. 이것은 2개의 PP 막 사이에 샌드위칭된 PE 층으로 이루어진 삼중층(trilayer) 세퍼레이터의 사용을 증가시켰다. 이 삼중층 세퍼레이터는 PP의 화학 및 열 안정성을 PE의 열 셧다운 특성과 조합한다.
이의 바람직한 특성에도 불구하고, 비극성 폴리올레핀 세퍼레이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 LiB에서 사용된 극성 환식 카보네이트 전해질, 에틸렌 카보네이트(EC) 및 프로필렌 카보네이트(PC)와 부적합하다. 세퍼레이터로의 전해질 용액의 업테이크는 전체 배터리의 이온 이동 및 낮은 내부 저항에 필수적이다. 이 혼합물과의 좋지 못한 화학적 호환성은 세퍼레이터로의 액체 전해질의 완전한 습윤을 저해하여서, 배터리의 전체 파워 성능, 사이클링 안정성 및 수명에 직접적으로 영향을 미친다.
몇몇 경우에, 상이한 기법, 예컨대 플라스마, 전자빔, 감마선, UV 광 및 그래프팅 또는 코팅은 전해질 업테이크 및/또는 더 양호한 성능 향상을 위해 세퍼레이터를 변성시키도록 사용된다. 그러나, 몇몇 경우에, 산업 규모로 이 기법을 스케일링하는 능력은 비싸다. 거의 모든 상업용 분야에서, 낮은 비용에서 수백 미터의 변성된 세퍼레이터를 제조하는 것이 필요하다. 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 단일층(monolayer) 막에 기법이 입증되었지만, 삼중층 폴리올레핀 세퍼레이터의 변성에는 아주 적게 공지되어 있다. 삼중층 세퍼레이터는 이것이 PP의 화학 및 열 안정성을 PE의 열 셧다운 특성과 조합한다는 점에서 탁월할 수 있다. 그러나, 3층 세퍼레이터는 더 두껍고 이에 따라 전해질을 업테이크하는 데 더 긴 기간을 요해서 비용을 증가시킨다.
PFPA 광화학은 재료의 고유 벌크 특성을 유지시키면서 폴리머 재료의 표면에 분자를 공유 부착시키도록 설계된 방법이다. PFPA 분자는, 광 여기에 의해 활성화될 때, 폴리올레핀의 탄화수소 골격 내에 C-H 삽입을 수행하여 폴리머와 PFPA 분자 사이에 공유 결합을 생성하는 반응성이 큰 싱글렛(singlet) 니트렌(nitrene)을 생성하는 아자이드 작용기를 포함한다.
어셈블리 시간은 전해질이 세퍼레이터로 완전히 업테이크하는 데 필요한 시간에 의해 구속된다. LiB의 상업용 요구량이 계속해서 상승하면서, 유기 전해질과 세퍼레이터 호환성을 개선하려는 작업은 관심 및 중요성 둘 다를 얻고있다.
변성된 세퍼레이터를 포함하는 에너지 제공 장치(예를 들어, 세퍼레이터를 포함하는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판)가 본 명세서에 개시된다. 몇몇 경우에, 변성된 세퍼레이터는 비변성된 세퍼레이터를 갖는 장치에 비해 전하 수용성을 개선/하거나, 재충전성을 개선/하거나, 물 손실을 감소시키고/시키거나, 충전/방전 사이클링 효율을 개선하고/하거나, 에너지 제공 장치의 수명을 연장한다. 몇몇 경우에, 변성된 세퍼레이터는 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함한다. 몇몇 경우에, 변성된 세퍼레이터는 본 명세서에 개시된 화학식 I의 구조를 갖는 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함하는 에너지 제공 장치가 본 명세서에 또한 개시된다. 추가적인 경우에, 에너지 제공 장치에서 사용하기 위한 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 제조하는 방법 및 에너지 제공 장치에서 사용하기 위한 조성물이 본 명세서에 제공된다. 몇몇 실시형태에서, 상기 방법은 3개의 단계로 수행된다. 몇몇 실시형태에서, 상기 방법은 보호/탈보호 화학을 수반하지 않는다. 몇몇 실시형태에서, 상기 방법은 낮은 비용에서 원하는 생성물의 합성이 가능하게 하는 일반적인 상업적으로 구입 가능한 시약에 의한 주변 조건(ambient condition) 하에 달성된다.
기판 변성을 위한 하전된 및 쌍성이온 화합물
몇몇 실시형태에서, 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물을 포함하는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 본 명세서에 개시된다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고, 단 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다.
개시된 조성물, 혼합물 및 막이 개시된 방법 및 용도와 연결되어 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
A. 화합물
몇몇 경우에, 화합물은 아자이드 작용기를 포함한다. 또 다른 양태에서, 화합물은 퍼플루오로페닐 아자이드 작용기를 포함한다. 이론에 의해 구속됨이 없이, 퍼플루오로페닐 아자이드는 조사(irradiation)에 대한 노출 시 다양한 기판과 반응할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 기판은 폴리머 세퍼레이터, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 막 세퍼레이터이다.
B. 구조
몇몇 실시형태에서, 하기 화학식 I로 표시된 구조를 갖는 하전된 또는 쌍성이온성 화합물이 본 명세서에 개시된다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고, 단 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다.
몇몇 실시형태에서, 화합물은
몇몇 실시형태에서, 화합물은
몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다:
몇몇 실시형태에서, 화합물은
몇몇 실시형태에서, 화합물은
몇몇 실시형태에서, 화합물은
*
, 
, 
및 
로부터 선택된 구조를 갖는다.
몇몇 실시형태에서, 화합물은
몇몇 실시형태에서, Q는
몇몇 실시형태에서, Q는 
이다.
몇몇 실시형태에서, Q는 
이다.
몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, Z는 -CR6aR6b-이다. 몇몇 실시형태에서, R6a 및 R6b는 각각 수소이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0, 1, 2 또는 3이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0이다. 몇몇 실시형태에서, R5a는 -NR10aR10b R10c+이고; R5b는 수소이고; R5c는 수소이다.
몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는다:
몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는다:
몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -이다. 몇몇 실시형태에서, R10C는 -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 -이다. 몇몇 실시형태에서, R10C는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 C1-C4알킬이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 메틸이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다.
몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물이 본 명세서에 개시되고, 여기서 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 하기 화학식 I의 구조를 갖는다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 할로겐이고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고, 단 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다.
몇몇 실시형태에서, 화합물은
몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다:
몇몇 실시형태에서, 화합물은
몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 구조를 갖는다:
및 
.
몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다.
몇몇 실시형태에서, Q는
몇몇 실시형태에서, Q는 
이다.
몇몇 실시형태에서, Q는 
이다.
몇몇 실시형태에서, Z는 -CR6aR6b-이다. 몇몇 실시형태에서, R6a 및 R6b는 각각 수소이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0, 1, 2 또는 3이다. 몇몇 실시형태에서, m은 0이다. 몇몇 실시형태에서, R5a는 -NR10aR10b R10c+이고; R5b는 수소이고; R5c는 수소이다.
몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는다:
몇몇 실시형태에서, 화합물은 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는다:
몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 -이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 C1-C4알킬이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 메틸이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다.
몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하기 화학식 IIa의 구조를 갖는 하전된 또는 쌍성이온성 화합물이 본 명세서에 개시된다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a 및 R10b는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택된다.
몇몇 실시형태에서, A는 -(SO2)-이다. 몇몇 실시형태에서, A는 -C(=O)-이다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 독립적으로 -Cl 또는 -F로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 C1-C4 알킬이다. 몇몇 실시형태에서, R10a 및 R10b는 각각 메틸이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, R10c는 -CH2CH2CH2-SO3 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2 -이다.
몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하기 화학식 IIa의 구조를 갖는 하전된 화합물이 본 명세서에 개시된다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
몇몇 실시형태에서, A는 -(SO2)-이다. 몇몇 실시형태에서, A는 -(C=O)-이다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 독립적으로 -Cl 또는 -F로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다. 몇몇 실시형태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각 메틸이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하기 화학식 IIb의 구조를 갖는 하전된 화합물이 본 명세서에 개시된다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
몇몇 실시형태에서, A는 -(SO2)-이다. 몇몇 실시형태에서, A는 -(C=O)-이다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 독립적으로 -Cl 또는 -F로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, R1a, R1b, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 몇몇 실시형태에서, R3은 수소이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 
이다.
일 양태에서, m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이다. 추가의 양태에서, m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7로부터 선택된 정수이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 0, 1, 2, 3, 4, 5 및 6으로부터 선택된 정수이다. 훨씬 추가의 양태에서, m은 0, 1, 2, 3, 4 및 5로부터 선택된 정수이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 0, 1, 2, 3 및 4로부터 선택된 정수이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 0, 1, 2 및 3으로부터 선택된 정수이다. 훨씬 추가의 양태에서, m은 0, 1 및 2로부터 선택된 정수이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 0 및 1로부터 선택된 정수이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 0이다. 훨씬 추가의 양태에서, m은 1이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 2이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 3이다. 훨씬 추가의 양태에서, m은 4이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 5이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 6이다. 훨씬 추가의 양태에서, m은 6이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 7이다. 더욱 추가의 양태에서, m은 8이다.
a. A 및 L 기
일 양태에서, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택된다. 추가의 양태에서, A는 -C(=O)-이다. 더욱 추가의 양태에서, A는 -(SO2)-이다.
일 양태에서, L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, L은 -OQ이다. 더욱 추가의 양태에서, L은 -N+R3HQ이다. 더욱 추가의 양태에서, L은 -NR3Q이다.
더욱 추가의 양태에서, A는 -C(=O)-이고, L은 -OQ이다. 더욱 추가의 양태에서, A는 -C(=O)-이고, L은 -N+R3HQ이다. 더욱 추가의 양태에서, A는 -C(=O)-이고, L은 -NR3Q이다. 더욱 추가의 양태에서, A는 -(SO2)-이고, L은 -OQ이다. 더욱 추가의 양태에서, A는 -(SO2)-이고, L은 -N+R3HQ이다. 더욱 추가의 양태에서, A는 -(SO2)-이고, L은 -NR3Q이다.
c. Z 기
추가의 양태에서, Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, Z는 -CR6aR6b-이다. 더욱 추가의 양태에서, Z는 -C(=O)-이다. 더욱 추가의 양태에서, Z는 -C(=NH)-이다. 더욱 추가의 양태에서, Z는 -C(=NH)NR7-이다.
d. R 1a 및 R 1b 기
일 양태에서, R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R1a 및 R1b는 각각 수소이다.
추가의 양태에서, R1a 및 R1b는 각각 할로겐이다. 더욱 추가의 양태에서, R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 -Cl 및 -F로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R1a 및 R1b는 각각 -Cl이다. 더욱 추가의 양태에서, R1a 및 R1b는 각각 -F이다. 더욱 추가의 양태에서, R1a는 -Cl이고, R1b는 -F이다.
추가의 양태에서, R1b는 수소이고, R1a는 할로겐이다. 더욱 추가의 양태에서, R1b는 수소이고, R1a는 -Cl 및 -F로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R1b는 수소이고, R1a는 -Cl이다. 더욱 추가의 양태에서, R1b는 수소이고, R1a는 -F이다.
e. R 2a 및 R 2b 기
일 양태에서, R2a 및 R2b는 각각 할로겐이다. 추가의 양태에서, R2a 및 R2b는 각각 독립적으로 -Cl 및 -F로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R2a 및 R2b는 각각 -Cl이다. 훨씬 추가의 양태에서, R2a 및 R2b는 각각 -F이다. 더욱 추가의 양태에서, R2a는 -Cl이고, R2b는 -F이다.
f. R 3 기
일 양태에서, R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R3은, 존재할 때, 수소, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R3은, 존재할 때, 수소, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R3은, 존재할 때, 수소 및 메틸로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R3은, 존재할 때, 수소이다.
g. R 4a 및 R 4b 기
일 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NH2, -NH3 +, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR8aR8a, -NR8aR8bH+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO398, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR8aR8b, -NR8aR8bH+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR8aR8b 및 -NR8aR8bH+로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 -NR8aR8bH+로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 수소이다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, -NR8aR8bH+이다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, -NR8aR8b이다.
추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -SO3 - 및 -SO3R9로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 -SO3 -로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, -SO3 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각 -SO3R9이다.
추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택된다.
더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 -CO2 -로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, -CO2 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R4a 및 R4b는 각각 -CO2R9이다.
h. R 5a , R 5b 및 R 5c 기
일 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c +, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, -CH2F, -CH2C, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -NR10aR10b, -NR10aR10bR10c+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -NR10aR10b 및 -NR10aR10bR10c+로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소 및 -NR10aR10bH+로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R5a, R5b, 및 R5c는 각각 수소이다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 -NR10aR10b R10c+이다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 -NR10aR10b이다.
추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -SO3 - 및 -SO3R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소 및 -SO3 -로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 -SO3 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 -SO3R11이다.
추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소 및 -CO2 -로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 -CO2 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R5a, R5b 및 R5c는 각각 -CO2R11이다.
i. R 6a 및 R 6b 기
일 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 -F, -Cl, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -F, -Cl, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, 프로필, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CH2CH2CH2F, -CH2CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, 에틸, -CH2F, -CH2Cl, -CH2CH2F, -CH2CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, 메틸, -CH2F, -CH2Cl, -CHF2, -CF3, -CHCl2, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR12aR12b, -NR12aR12bH+, -CF3, -CCl3, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -NR12aR12b 및 -NR12aR12bH+로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 -NR12aR12bH+로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 수소이다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, -NR12aR12bH+이다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, -NR12aR12b이다.
추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -SO3 - 및 -SO3R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 -SO3 -로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, -SO3 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, -SO3R13이다.
추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 -CO2 -로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, -CO2 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, -CO2R13이다.
j. R 7 기
일 양태에서, R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R7은, 존재할 때, 수소, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R7은, 존재할 때, 수소, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R7은, 존재할 때, 수소 및 메틸로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R7은, 존재할 때, 수소이다.
k. R 8a 및 R 8b 기
일 양태에서, R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 수소, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서. R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 수소, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 수소 및 메틸로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 수소이다.
l. R 9 기
일 양태에서, R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R9는, 존재할 때, 수소, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R9는, 존재할 때, 수소, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R9는, 존재할 때, 수소 및 메틸로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R9는, 존재할 때, 수소이다.
m. R 10a , R 10b 및 R 10c 기
일 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택된다.
추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 수소로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 메틸이다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 수소이다.
추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C7알킬렌)SO3 -, -(C1-C6알킬렌)SO3 -, -(C1-C5알킬렌)SO3 -, -(C1-C4알킬렌)SO3 -, -(C1-C3알킬렌)SO3 - 또는 -(C1-C2알킬렌)SO3 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(CH2)8SO3 -, -(CH2)7SO3 -, -(CH2)6SO3 -, -(CH2)5SO3 -, -(CH2)4SO3 -, -(CH2)3SO3 -, -(CH2)2SO3 - 또는 -CH2SO3 -이다.
더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)SO3H이다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C7알킬렌)SO3H, -(C1-C6알킬렌)SO3H, -(C1-C5알킬렌)SO3H, -(C1-C4알킬렌)SO3H, -(C1-C3알킬렌)SO3H 또는 -(C1-C2알킬렌)SO3H이다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(CH2)8SO3H, -(CH2)7SO3H, -(CH2)6SO3H, -(CH2)5SO3H, -(CH2)4SO3H, -(CH2)3SO3H, -(CH2)2SO3H 또는 -CH2SO3H이다.
더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)CO2 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R10은, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)CO2 -, -(C1-C7알킬렌)CO2 -, -(C1-C6알킬렌)CO2 -, -(C1-C5알킬렌)CO2 -, -(C1-C4알킬렌)CO2 -, -(C1-C3알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C2알킬렌)CO2 -이다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(CH2)8 CO2 -, -(CH2)7 CO2 -, -(CH2)6 CO2 -, -(CH2)5 CO2 -, -(CH2)4 CO2 -, -(CH2)3 CO2 -, -(CH2)2 CO2 - 또는 -CH2 CO2 -이다.
더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(C1-C8알킬렌)CO2H, -(C1-C7알킬렌)CO2H, -(C1-C6알킬렌)CO2H, -(C1-C5알킬렌)CO2H, -(C1-C4알킬렌)CO2H, -(C1-C3알킬렌)CO2H 또는 -(C1-C2알킬렌)CO2H이다. 더욱 추가의 양태에서, R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, -(CH2)8 CO2H, -(CH2)7 CO2H, -(CH2)6 CO2H, -(CH2)5 CO2H, -(CH2)4 CO2H, -(CH2)3 CO2H, -(CH2)2 CO2H 또는 -CH2 CO2H이다.
n. R 11 기
일 양태에서, R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R11은, 존재할 때, 수소, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R11은, 존재할 때, 수소, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R11은, 존재할 때, 수소 및 메틸로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R11은, 존재할 때, 수소이다.
o. R 12a 및 R 12b 기
일 양태에서, R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 수소, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 수소, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 수소 및 메틸로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 수소이다.
p. R 13 기
일 양태에서, R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다. 추가의 양태에서, R13은, 존재할 때, 수소, 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R13은, 존재할 때, 수소, 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 훨씬 추가의 양태에서, R13은, 존재할 때, 수소 및 메틸로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, R13은, 존재할 때, 수소이다.
pH
몇몇 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 화합물은 약 1 내지 약 12의 pH에서 하전되거나 쌍성이온성이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 약 8, 약 9, 약 10, 약 11, 또는 약 12의 pH에서 하전되거나 쌍성이온성이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 약 1 미만, 약 2 미만, 약 3 미만, 약 4 미만, 약 5 미만, 약 6 미만, 약 7 미만, 약 8 미만, 약 9 미만, 약 10 미만, 약 11 미만 또는 약 12 미만의 pH에서 하전되거나 쌍성이온성이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 약 1 초과, 약 2 초과, 약 3 초과, 약 4 초과, 약 5 초과, 약 6 초과, 약 7 초과, 약 8 초과, 약 9 초과, 약 10 초과, 약 11 초과 또는 약 12 초과의 pH에서 하전되거나 쌍성이온성이다.
몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분(component)으로서 카복실레이트기를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분으로서 설포네이트기를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 양으로 하전된 성분으로서 -NH3 +를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 양으로 하전된 성분으로서 -NR2H+를 갖고, 여기서 R은 각각 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐(alkenyl), 사이클로알케닐, 알키닐(alkynyl), 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 양으로 하전된 성분으로서 -NR3 +를 갖고, 여기서 R은 각각 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기이다.
몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분으로서 설포네이트기를 갖고, 양으로 하전된 성분으로서 -NH3 +를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분으로서 카복실레이트기를 갖고, 양으로 하전된 성분으로서 -NH3 +를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분으로서 설포네이트기를 갖고, 양으로 하전된 성분으로서 -NR2H+를 갖고, 여기서 R은 각각 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴기, 또는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분으로서 카복실레이트기를 갖고, 양으로 하전된 성분으로서 -NR2H+를 갖고, 여기서 R은 각각 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴기, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분으로서 설포네이트기를 갖고, 양으로 하전된 성분으로서 -NR3 +를 갖고, 여기서 R은 각각 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴기, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물은 음으로 하전된 성분으로서 카복실레이트기를 갖고, 양으로 하전된 성분으로서 -NR3 +를 갖고, 여기서 R은 각각 독립적으로 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴기, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H이다.
에너지 제공 장치
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함하는 에너지 제공 장치가 본 명세서에 기재되어 있다. 몇몇 경우에, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판은 상기 기재된 화학식 I의 구조를 갖는 화합물을 포함한다. 몇몇 경우에, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함하는 에너지 제공 장치가 본 명세서에 또한 기재되어 있다. 몇몇 경우에, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 상기 기재된 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이다. 몇몇 경우에, 화학식 I는 
이고, 식 중 A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고, 단 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다.
세퍼레이터
몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 기판은 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 세퍼레이터는 에너지 저장 장치, 예컨대 배터리에 대한 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 기판은 탄소계 세퍼레이터를 포함한다. 이러한 경우에, 탄소계 세퍼레이터는 에너지 저장 장치, 예컨대 슈퍼커패시터에 대한 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 기판은 상기 기재된 화학식 Ia의 하전된 또는 쌍성이온 화합물에 의해 변성된다. 몇몇 경우에, 기판은 상기 기재된 화학식 Ib의 하전된 또는 쌍성이온 화합물에 의해 변성된다. 다른 경우에, 기판은 화학식 IIa의 하전된 또는 쌍성이온 화합물에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 쌍성이온 화합물 
에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 쌍성이온 화합물 
에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 하전된 화합물 
에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 하전된 화합물 
에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 하전된 화합물 
에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 하전된 화합물 
에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 하전된 화합물 
에 의해 변성된다. 추가적인 경우에, 기판은 하전된 화합물 
에 의해 변성된다. 본 명세서에 사용된 바대로, 세퍼레이터는 에너지 저장 장치 내에 음극으로부터 양극을 분할하거나 "분리"하는 부품이다.
몇몇 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 기판은 폴리머계 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 폴리머계 세퍼레이터는 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함한다. 예시적인 폴리올레핀 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 폴리머계 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 폴리머계 세퍼레이터는 배터리 세퍼레이터이다.
몇몇 실시형태에서, 세퍼레이터는 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함한다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 기판은 미세다공성 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 미세다공성 세퍼레이터는 선택적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는 폴리머계 세퍼레이터이다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 기판은 부직포 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 부직포 세퍼레이터는 선택적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는 폴리머계 세퍼레이터이다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 기판은 이온 교환 막을 포함한다. 몇몇 경우에, 이온 교환 막은 선택적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는 폴리머계 세퍼레이터이다. 몇몇 경우에, 이온 교환 막은 Teflon계 필름이다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 기판은 지지된 액체 막을 포함한다. 몇몇 경우에, 지지된 액체 막은 선택적으로 폴리프로필렌, 폴리설폰, 폴리테트라플루오로에틸렌, 셀룰로스 아세테이트 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는 폴리머계 세퍼레이터이다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 기판은 고체 이온 전도체를 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 기판은 탄소계 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 탄소계 기판은 폴리머 모이어티를 포함한다. 몇몇 경우에, 탄소계 기판은 폴리올레핀 모이어티를 포함한다. 몇몇 경우에, 폴리올레핀 모이어티는 폴리에틸렌(PE) 모이어티, 폴리프로필렌(PP) 모이어티, 폴리아마이드(PA) 모이어티, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 모이어티, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 모이어티 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 모이어티를 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 탄소계 세퍼레이터는 그래핀계 전극을 포함한다. 몇몇 경우에, 그래핀계 전극은 다공성 그래핀 매트릭스를 포함한다. 몇몇 경우에, 다공성 그래핀 매트릭스는 그래핀 시트의 단일 또는 다중 층의 3차원 끼워넣기 네트워크를 포함한다. 몇몇 경우에, 그래핀계 전극은 파형 탄소-탄소 네트워크를 포함한다. 추가적인 경우에, 상기 기재된 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질은 파형 탄소-탄소 네트워크에 추가로 디포짓된다.
에너지 제공 장치의 유형
몇몇 경우에, 에너지 제공 장치는 배터리, 슈퍼커패시터 또는 연료 전지를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 배터리는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함한다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 배터리는 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함한다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 슈퍼커패시터는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함한다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 슈퍼커패시터는 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함한다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 연료 전지는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함한다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 기재된 연료 전지는 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판은 상기 기재된 화학식 I의 구조를 갖는 화합물을 포함한다. 몇몇 경우에, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 상기 기재된 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이다.
에너지 제공 장치의 유형-배터리
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함하는 배터리가 본 명세서에 기재되어 있다. 몇몇 경우에, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함하는 배터리가 본 명세서에 또한 기재되어 있다. 몇몇 경우에, 배터리는 1차 전지 또는 2차 전지를 포함한다. 몇몇 경우에, 1차, 비충전형 전지는 알칼리 배터리(alkaline battery), 알류미늄-공기 배터리, 알류미늄-이온 배터리, 원자 배터리(atomic battery), 예컨대 베타볼태익스(betavoltaics), 광전자 핵 배터리(optoelectric nuclear battery) 또는 핵 마이크로-배터리, 분젠 전지(bunsen cell), 크롬산 전지(포겐도르프 전지(poggendorff cell)), 클라크 전지(clark cell), 다니엘 전지(daniell cell), 드라이 전지(dry cell), 어쓰 배터리(earth battery), 프로그 배터리(frog battery), 갈바닉 전지(galvanic cell), 그로브 전지(grove cell), 레클란세 전지(leclanche cell), 레몬/감자 배터리, 리튬 배터리, 리튬 공기 배터리, 마그네슘 배터리, 수은 배터리, 용융 염 배터리(molten salt battery), 니켈 옥시하이드록사이드 배터리, 유기 라디칼 배터리, 페이퍼 배터리, 펄버마커 체인(pulvermacher's chain), 산화은 배터리, 솔리드-스테이트 배터리, 볼타 파일(voltaic pile), 예컨대 페니 배터리(penny battery) 또는 트로프 배터리(trough battery), 물 활성화 배터리, 웨스턴 전지(weston cell), 아연-공기 배터리, 아연-탄소 배터리 또는 염화아연 배터리를 포함한다.
몇몇 경우에, 2차, 충전형 전지는 플로우 배터리, 예컨대 바타듐 레독스 배터리, 아연-브롬 배터리 또는 아연-세륨 배터리; 납산 배터리, 예컨대 딥 사이클 배터리, vrla 배터리, agm 배터리 또는 겔 배터리; 리튬 공기 배터리; 리튬-이온 배터리, 예컨대 리튬 이온 리튬 코발트 옥사이드 배터리(icr), 리튬 이온 산화망간 배터리(imr), 리튬 이온 폴리머 배터리, 리튬 철 포스페이트 배터리, 리튬-황 배터리, 리튬-티타네이트 배터리 또는 박막 리튬-이온 배터리; 마그네슘-이온 배터리; 용융 염 배터리; 니켈-카드뮴 배터리; 니켈 수소 배터리; 니켈-철 배터리; 니켈 금속 하이드라이드 배터리, 예컨대 저 자가방전 nimh 배터리; 니켈-아연 배터리; 유기 라디칼 배터리; 폴리머계 배터리; 폴리설파이드 브로마이드 배터리; 칼륨-이온 배터리; 충전형 알칼리 배터리; 충전형 연료 배터리; 실리콘 공기 배터리; 은-아연 배터리; 은 칼슘 배터리; 나트륨-이온 배터리; 나트륨-황 배터리; 당 배터리(sugar battery); 슈퍼 철 배터리; 또는 울트라배터리를 포함한다.
몇몇 경우에, 원자 배터리(대안적으로 핵 배터리, 삼중수소 배터리 또는 방사성 동위원소 생성장치라 칭함)는 전기를 생성하기 위해 방사성 동위원소의 붕괴로부터 에너지를 방출하는 1차 전지의 유형이다. 대부분의 경우에, 원자 배터리는 이의 극도로 긴 수명 및 높은 에너지 밀도로 인해 긴 기간 동안 무인으로 조작되어야 하는 장비, 예컨대 우주선, 심박조율기, 수중 시스템 및 세계의 먼 부분에서 자동 과학 스테이션에 대한 전원으로 사용된다.
몇몇 경우에, 충전형 플로우 배터리 또는 레독스 플로우 배터리는, 충전을 허용하는, 시스템 내에 함유된 액체 중에 용해되고 막에 의해 분리된 2개의 화학 성분으로 이루어진 2차 배터리의 유형이다. 몇몇 경우에, 이온 교환은 막에 걸쳐 생기는 한편, 액체 둘 다는 자체의 각각의 공간에서 순환한다. 몇몇 경우에, 에너지 커패시티는 전극의 표면적에 대한 전해질 용적 및 전력의 함수이다. 상이한 종류의 플로우 배터리는 레독스, 하이브리드, 무막(membrane-less), 유기, 금속-하이드라이드, 나노-네트워크 및 반고체(semi-solid)를 포함한다. 플로우 배터리가 가요성 어레이에서 배치될 수 있고, 긴 수명을 갖고, 빠르게 셋업될 수 있고, 해로운 방출을 생성하지 않으면서, 이들은 대규모 에너지 저장에 대개 사용된다.
몇몇 경우에, 납산은 전압 차이를 생성하도록 납 및 산화납과 황산 전해질의 반응을 이용하는 2차 에너지 저장 수단이다. 납산 배터리는 자동차 점화에 그리고 백업 전원 공급장치로서 흔히 사용된다.
몇몇 경우에, 리튬-이온 배터리(대안적으로 Li-이온 배터리 또는 LIB라 칭함)는 리튬 이온이 방전 동안 전해질을 통해 음극으로부터 양극으로 이동하고, 이후 충전을 위해 반대로 운반되는 2차 배터리이다. 몇몇 경우에, 충전형 리튬-이온 배터리는 하나의 전극 재료로서 인터칼레이션된 리튬 화합물을 사용한다. 다른 경우에, 비충전형 리튬-이온 배터리는 하나의 전극 재료로서 금속성 리튬을 사용한다. 리튬-이온 배터리가 높은 에너지 밀도, 낮은 메모리 효과 및 낮은 자가 방전을 나타내면서, 이것은 가정 및 휴대용 전자제품에서 흔히 사용된다. 추가적으로, 리튬-이온 배터리는 역사적으로 골프 카트 및 다용도 비히클에 사용되는 납산 배터리에 대한 흔한 대체품이 된다.
몇몇 경우에, 물 활성화 배터리는 전해질을 함유하지 않는 1차 일회용 비축전지(reserve battery)이고, 그러므로 수분 동안 물 또는 수성 용액 중에 침지되지 않는 경우 전압을 생성하지 않는다. 통상적으로, 많은 다양한 수성 용액은 보통의 물 대신에 사용될 수 있다.
몇몇 경우에, 상기 배터리의 하나 이상은 조합으로 사용된다.
에너지 제공 장치의 유형-슈퍼커패시터
본 명세서에 기재된 몇몇 실시형태는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함하는 슈퍼커패시터를 포함한다. 몇몇 경우에, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함하는 슈퍼커패시터가 본 명세서에 또한 포함된다. 몇몇 경우에, 슈퍼커패시터는 전기화학 이중-층 커패시터(EDLC), 슈도커패시터 또는 하이브리드 슈퍼커패시터를 포함한다.
몇몇 경우에, 전기 이중-층 커패시터(EDLC)는 슈퍼커패시터의 형태인 전기화학 커패시터이다. 몇몇 경우에, 전기 에너지의 이중-층 전기용량, 정전식 저장은 전도체 전극의 표면과 전해질 용액 전해질 사이의 계면에서 헬름홀츠(Helmholtz) 이중 층에서의 전하의 정전식 분리에 의해 달성된다.
몇몇 경우에, 슈도커패시터(비대칭 슈퍼커패시터)는 에너지 저장에서 저전위 디포지션 공정(underpotential deposition process), 레독스 또는 인터칼레이션 공정을 이용한다. 몇몇 경우에, 저전위 디포지션은, 이것이 자체에 디포짓할 때보다 높은 환원 전위에서 예를 들어 제2 화합물(예를 들어, 제2 금속)의 전극 표면에 대한 금속의 디포지션이다. 몇몇 경우에, 레독스 반응(또는 페러데이(Faradaic) 공정)은 전극과 전해질 사이의 전하 이동이다. 몇몇 경우에, 인터칼레이션은 고체 전극의 벌크 격자로의 양이온의 삽입을 의미한다.
몇몇 경우에, 하이브리드 슈퍼커패시터는 주로 정전식 전기용량을 나타내는 하나의 전극 및 주로 전기화학 전기용량을 나타내는 다른 전극인 다른 특징을 갖는 전극을 이용하는 비대칭 슈퍼커패시터의 한 종류이다.
에너지 제공 장치의 유형-연료 전지
몇몇 실시형태에서, 연료 전지는 양으로 하전된 수소 이온과 산소 또는 또 다른 산화제의 화학 반응을 통해 연료의 화학 에너지를 전기로 전환시키는 장치이다. 몇몇 실시형태에서, 연료 전지는 화학 반응을 지속시키도록 산소 또는 공기 및 연료의 지속적인 소스가 공급되는 한 지속적으로 전기를 생성할 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 연료 전지는 폴리머 전해질 막(Polymer electrolyte membrane: PEM) 연료 전지이거나, 대안적으로 Proton Exchange Membrane 연료 전지라 명칭되어, 애노드로부터 캐소드로 전자는 전도하지 않고 양성자는 전도하는 막을 이용한다. 이러한 폴리머 전해질 막은 가스에 불침투성이고 고체 전해질로서 작용한다. 그러므로, 수소 연료에 저장된 화학 에너지는 물을 유일한 부산물로 하여 전기 에너지로 직접적으로 효율적으로 전환된다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 또는 쌍성이온 화합물, 예를 들어 화학식 I의 구조를 갖는 화합물을 포함하는 폴리머 전해질 막이 본 명세서에 기재된다.
하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판의 제조 방법
몇몇 실시형태에서, 하전된 또는 쌍성이온 변성된 기판을 제조하는 방법이 본 명세서에 또한 개시된다. 몇몇 경우에, 상기 방법은 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 용액과 적어도 40분 동안 인큐베이팅하는 단계; 및 단계 a)의 처리된 기판을 광원 하에 적어도 1분 동안 노출시켜서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 생성하는 단계를 포함한다. 추가적인 경우에, 상기 방법은 (a) 기판을 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간 동안 알코올과 접촉시키는 단계; (b) 포화된 기판을 적어도 30초 동안 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 용액과 인큐베이팅하는 단계; 및 (c) 단계 b)의 기판을 광원 하에 적어도 30초 동안 노출시켜서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 생성하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 소분자(charged small molecule)에 의한 폴리올레핀 골격의 작용기화(functionalization)를 통해 리튬 이온 배터리에서 사용하기 위한 단일층 및 삼중층 세퍼레이터 둘 다를 변성시키는 방법이 본 명세서에 기재되어 있다. 상업용 세퍼레이터와 달리, 본 명세서에 기재된 변성된 세퍼레이터는 극성 전해질 액체와의 접촉 시 신속히 그리고 완전히 습윤되어서 전해질 업테이크 값의 증가, Li-이온 이동에 대한 저항의 감소 및 전체적으로 탁월한 배터리 성능을 초래한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 방법은 스케일 조정 가능하다(scalable). 몇몇 실시형태에서, 변성된 세퍼레이터는 폴리올레핀 세퍼레이터와 비호환성에 의해 이전에는 지장을 받은 열 안정한 환식 카보네이트계 전해질의 상업용 사용을 허용한다.
몇몇 실시형태에서, 퍼플루오로페닐아자이드(PFPA) 광화학은 저전력 UV 광에 대한 노출을 통해 내부 기공을 포함하는 세퍼레이터를 포함하는 폴리올레핀 사슬에 PFPA 함유 분자를 공유 연결하도록 사용된다. 몇몇 실시형태에서, 쌍성이온성 PFPA 유도체는 합성된다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 PFPA 유도체는 합성된다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 또는 쌍성이온 화합물에 의해 변성된 PFPA에 공유 연결된 폴리올레핀 세퍼레이터의 롤-대-롤 제조를 이용하는 방법이 본 명세서에 기재되어 있다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 세퍼레이터는 경로에 걸친 폴리올레핀 세퍼레이터의 이동을 수월하게 하도록 회전하는 일련의 실린더 또는 "롤" 주위에 부분적으로 랩핑되거나 레버리지된 재료의 스트립이다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 세퍼레이터는 일련의 별개의 용액을 통해 통과한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 세퍼레이터는 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 함유하는 용액을 통해 통과한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리올레핀 세퍼레이터는 하전된 또는 쌍성이온 화합물에 의해 변성된 PFPA를 함유하는 용액을 통해 통과한다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 상기 개시된 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함한다. 몇몇 경우에, 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이고, 단, 상기 화합물은 하전되거나 쌍성이온성이다:
식 중, A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고; L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고; Q는 화학식 
로 표시된 구조이고; Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고; m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고; R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고; R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고; R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고; R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고; R6a 및 R6b는 각각, 독립적으로 존재할 때, 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고; R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고; R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고; R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
몇몇 실시형태에서, 기판이 인큐베이팅되는 용액은 물-알코올 용액이다. 몇몇 경우에, 기판이 인큐베이팅되는 용액은 제1 물-알코올 용액이다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 90:10의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 80:20의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 70:30의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 60:40의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 50:50의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 40:60의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 33:67의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 30:70의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 20:80의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 약 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 물-알코올 용액은 적어도 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90 및/또는 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90 이하의 물 대 알코올 비율을 포함한다.
몇몇 경우에, 알코올은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올 또는 사이클로헥산올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 메탄올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 에탄올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 1-프로판올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 2-프로판올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 2-메틸-2-프로판올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 3-메틸-1-뷰탄올을 포함한다.
몇몇 경우에, 용액 중의 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 1mM 내지 10mM, 1mM 내지 9mM, 1mM 내지 8mM, 1mM 내지 7mM, 1mM 내지 6mM, 1mM 내지 5mM, 1mM 내지 4mM, 1mM 내지 3mM, 1mM 내지 2mM, 1.5mM 내지 10mM, 1.5mM 내지 9mM, 1.5mM 내지 8mM, 1.5mM 내지 7mM, 1.5mM 내지 6mM, 1.5mM 내지 5mM, 1.5mM 내지 4mM, 1.5mM 내지 3mM, 1.5mM 내지 2mM, 2mM 내지 10mM, 2mM 내지 9mM, 2mM 내지 8mM, 2mM 내지 7mM, 2mM 내지 6mM, 2mM 내지 5mM, 2mM 내지 4mM, 2mM 내지 3mM, 3mM 내지 10mM, 3mM 내지 8mM, 3mM 내지 6mM, 4mM 내지 10mM, 4mM 내지 8mM, 4mM 내지 6mM, 5mM 내지 10mM, 5mM 내지 8mM, 6mM 내지 10mM 또는 8mM 내지 10mM이다. 몇몇 경우에, 용액은 물/알코올 혼합물이다. 몇몇 경우에, 용액 중의 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 적어도 약 1mM, 2mM, 3mM, 4mM, 5mM, 6mM, 7mM, 8mM, 9mM 또는 10mM 및/또는 약 1mM, 2mM, 3mM, 4mM, 5mM, 6mM, 7mM, 8mM, 9mM 또는 10mM 이하이다.
몇몇 실시형태에서, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 물 중에 용해된다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 0.1mM 내지 5mM, 0.1mM 내지 4mM, 0.1mM 내지 3mM, 0.1mM 내지 2mM, 0.1mM 내지 1mM, 0.5mM 내지 5mM, 0.5mM 내지 4mM, 0.5mM 내지 3mM, 0.5mM 내지 2mM, 0.5mM 내지 1mM, 1mM 내지 5mM, 1mM 내지 4mM, 1mM 내지 3mM, 1mM 내지 2mM, 1.5mM 내지 5mM, 1.5mM 내지 4mM, 1.5mM 내지 3mM, 1.5mM 내지 2mM, 2mM 내지 5mM, 2mM 내지 4mM, 2mM 내지 3mM, 3mM 내지 5mM, 3mM 내지 4mM 또는 4mM 내지 5mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 적어도 약 0.1mM, 0.5mM, 1mM, 1.1mM, 1.2mM, 1.3mM, 1.4mM, 1.5mM, 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, 2mM, 2.1mM, 2.2mM, 2.3mM, 2.4mM, 2.5mM, 2.6mM, 2.7mM, 2.8mM, 2.9mM, 3mM, 3.5mM, 4mM, 4.5mM, 5mM, 6mM, 7mM, 8mM, 9mM 또는 10mM 및/또는 약 0.1mM, 0.5mM, 1mM, 1.1mM, 1.2mM, 1.3mM, 1.4mM, 1.5mM, 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, 2mM, 2.1mM, 2.2mM, 2.3mM, 2.4mM, 2.5mM, 2.6mM, 2.7mM, 2.8mM, 2.9mM, 3mM, 3.5mM, 4mM, 4.5mM, 5mM, 6mM, 7mM, 8mM, 9mM 또는 10mM 이하이다.
몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 0.1mM, 0.5mM, 1mM, 1.1mM, 1.2mM, 1.3mM, 1.4mM, 1.5mM, 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, 2mM, 2.1mM, 2.2mM, 2.3mM, 2.4mM, 2.5mM, 2.6mM, 2.7mM, 2.8mM, 2.9mM, 3mM, 3.5mM, 4mM, 4.5mM, 5mM, 6mM, 7mM, 8mM, 9mM 또는 10mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 0.1mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 0.5mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.1mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.2mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.3mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.4mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.5mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.6mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.7mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.8mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 1.9mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.1mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.2mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.3mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.4mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.5mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.6mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.7mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.8mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 2.9mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 3mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 4mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 5mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 6mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 7mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 8mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 9mM이다. 몇몇 경우에, 물 중에 용해된 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 약 10mM이다.
몇몇 실시형태에서, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 0.1 내지 1㎖이다. 몇몇 실시형태에서, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 또는 1㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.1㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.2㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.3㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.4㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.5㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.6㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.7㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.8㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.9㎖이다. 몇몇 경우에, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 약 1㎖이다. 몇몇 실시형태에서, 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도는 기판의 1제곱 센티미터당 적어도 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 또는 1㎖ 및/또는 기판의 1제곱 센티미터당 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 또는 1㎖ 이하이다.
몇몇 경우에, 알코올이 본 명세서에 기재된 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 약 2초, 약 3초, 약 4초, 약 5초, 약 10초, 약 15초, 약 20초, 약 30초 또는 이것 초과이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 2초이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 3초이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 4초이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 5초이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 10초이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 15초이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 30초이다.
몇몇 경우에, 알코올이 본 명세서에 기재된 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 약 5초 미만, 약 10초 미만, 약 15초 미만, 약 20초 미만, 약 30초 미만, 또는 약 1분 미만이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 5초 미만이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 10초 미만이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 15초 미만이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 30초 미만이다. 몇몇 경우에, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 1분 미만이다.
몇몇 경우에, 알코올이 본 명세서에 기재된 기판을 포화시키기에 충분한 시간은 적어도 약 1초, 2초, 3초, 4초, 5초, 10초, 15초, 20초, 또는 약 30초 및/또는 약 1초, 2초, 3초, 4초, 5초, 10초, 15초, 20초 또는 약 30초 이하이다.
몇몇 경우에, 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 인큐베이팅하기 전에 본 명세서에 기재된 기판을 포화시키기 위해 사용된 알코올은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올, 사이클로헥산올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 다이메틸 설폭사이드, 다이메틸폼아마이드, N-메틸피롤리돈, 다이메틸아세트아마이드 또는 다이에틸 카보네이트를 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 에탄올이다.
몇몇 경우에, 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 인큐베이팅하기 전에 본 명세서에 기재된 기판을 포화시키기 위해 사용된 알코올은 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5% 또는 0.05% 미만의 물을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 1% 미만의 물을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 0.5% 미만의 물을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 0.05% 미만의 물을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 순수한 알코올(예를 들어, 1%, 0.5% 또는 0.05% 미만의 물을 포함)이다. 몇몇 경우에, 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 인큐베이팅하기 전에 본 명세서에 기재된 기판을 포화시키기 위해 사용된 알코올은 적어도 약 0.05%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% 또는 약 10%의 물 및/또는 약 0.05%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% 또는 약 10% 이하의 물을 포함한다.
몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 45분, 적어도 50분, 적어도 55분, 적어도 60분, 적어도 65분, 적어도 70분, 적어도 80분, 적어도 90분 또는 적어도 120분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 45분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 50분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 55분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 60분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 70분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 80분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 90분 동안 지속한다.
몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 1분, 적어도 1.5분, 적어도 2분, 적어도 3분, 적어도 4분, 적어도 5분, 적어도 10분, 적어도 15분 또는 적어도 20분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 1분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 1.5분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 2분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 3분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 4분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 5분 동안 지속한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 10분 동안 지속한다.
몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 30분 미만, 20분 미만, 15분 미만, 10분 미만, 9분 미만, 8분 미만, 7분 미만, 6분 미만, 5분 미만, 4분 미만, 3분 미만, 2분 미만 또는 1분 미만이다.
몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 적어도 약 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분 또는 60분 및/또는 약 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분 또는 60분 이하이다.
몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 퍼플루오로페닐아자이드 하전된 또는 쌍성이온 유도체와 45℃ 내지 80℃, 45℃ 내지 70℃, 45℃ 내지 65℃, 45℃ 내지 60℃, 45℃ 내지 55℃, 45℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 80℃, 50℃ 내지 70℃, 50℃ 내지 60℃, 55℃ 내지 80℃, 55℃ 내지 70℃, 55℃ 내지 60℃, 60℃ 내지 80℃ 또는 60℃ 내지 70℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 기판은 기판과 순수한 알코올을 접촉시키는 단계가 생략될 때 가열된다.
몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃ 또는 80℃ 및/또는 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃ 또는 80℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 45℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 50℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 55℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 60℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 65℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 70℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 75℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 인큐베이팅 단계는 기판을 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 80℃의 온도에서 가열하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 기판은 기판과 순수한 알코올을 접촉시키는 단계가 생략될 때 가열된다.
몇몇 경우에, 기판은 기판과 순수한 알코올(예를 들어, 1%, 0.5% 또는 0.05%미만의 물 포함)을 접촉시키는 단계가 인큐베이팅 단계 전에 발생할 때 가열되지 않는다.
몇몇 경우에, 광원 하의 처리된 기판의 노출은 적어도 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 2분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 3분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 4분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 5분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 6분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 7분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 8분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 9분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 10분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 15분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 20분 동안이다. 몇몇 경우에, 노출은 적어도 30분 동안이다. 몇몇 경우에, 광원 하의 처리된 기판의 노출은 적어도 약 1분, 2분, 3분, 4분, 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분 또는 60분 및/또는 약 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분 또는 60분 이하이다.
몇몇 실시형태에서, 광원은 자외선 광원이다. 몇몇 경우에, 자외선 광원은 적어도 900㎼/㎠의 세기를 갖는다. 다른 경우에, 자외선 광원은 240㎚ 내지 280㎚, 240㎚ 내지 275㎚, 240㎚ 내지 270㎚, 240㎚ 내지 265㎚, 240㎚ 내지 260㎚, 240㎚ 내지 255㎚, 240㎚ 내지 250㎚, 240㎚ 내지 245㎚, 250㎚ 내지 280㎚, 250㎚ 내지 275㎚, 250㎚ 내지 270㎚, 250㎚ 내지 265㎚, 250㎚ 내지 260㎚, 255㎚ 내지 280㎚, 255㎚ 내지 275㎚, 255㎚ 내지 270㎚, 255㎚ 내지 265㎚, 255㎚ 내지 260㎚, 260㎚ 내지 280㎚, 260㎚ 내지 275㎚, 260㎚ 내지 270㎚ 또는 270㎚ 내지 280㎚의 파장을 갖는다. 추가적인 경우에, 자외선 광원은 적어도 240㎚, 245㎚, 250㎚, 251㎚, 252㎚, 253㎚, 254㎚, 255㎚, 256㎚, 257㎚, 258㎚, 259㎚, 260㎚, 261㎚, 262㎚, 263㎚, 264㎚, 265㎚, 266㎚, 267㎚, 268㎚, 269㎚, 270㎚, 275㎚ 또는 280㎚의 파장을 갖는다. 추가적인 경우에, 자외선 광원은 240㎚, 245㎚, 250㎚, 251㎚, 252㎚, 253㎚, 254㎚, 255㎚, 256㎚, 257㎚, 258㎚, 259㎚, 260㎚, 261㎚, 262㎚, 263㎚, 264㎚, 265㎚, 266㎚, 267㎚, 268㎚, 269㎚, 270㎚, 275㎚ 또는 280㎚ 이하의 파장을 갖는다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판은 광원에 의한 노출 후 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액) 중에 추가로 인큐베이팅된다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 90:10의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 80:20의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 70:30의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 60:40의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 50:50의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 40:60의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 33:67의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 30:70의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 20:80의 물 대 알코올 비율을 포함한다. 몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 약 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함한다.
몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액)은 적어도 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90 및/또는 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90 이하의 물 대 알코올 비율을 포함한다.
몇몇 경우에, 알코올은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올 또는 사이클로헥산올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 메탄올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 에탄올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 1-프로판올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 2-프로판올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 2-메틸-2-프로판올을 포함한다. 몇몇 경우에, 알코올은 3-메틸-1-뷰탄올을 포함한다.
몇몇 경우에, 이 인큐베이팅 단계는 제2 물-알코올 용액 중에 변성된 기판을 음파처리하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 경우에, 음파처리는 적어도 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안이다. 몇몇 경우에, 음파처리는 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 이하 동안이다.
몇몇 경우에, 물-알코올 용액(예를 들어, 본 명세서에 기재된 제2 물-알코올 용액) 중에 변성된 기판의 인큐베이팅 시, 변성된 기판은 추가적으로 건조된다. 몇몇 경우에, 변성된 기판은 공기 건조된다. 다른 경우에, 변성된 기판은 진공 하에 건조된다.
본 명세서의 다른 곳에서 기재된 바대로, 변성된 기판은 때때로 세퍼레이터이다. 몇몇 경우에, 세퍼레이터는 폴리머계 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 폴리머계 세퍼레이터는 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함한다. 몇몇 경우에, 폴리올레핀 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함한다.
몇몇 경우에, 세퍼레이터는 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함한다.
몇몇 경우에, 기판은 화학식 I의 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 결합할 수 있는 모이어티를 함유하는 탄소계 기판을 포함한다.
몇몇 경우에, 탄소계 기판은 폴리머 모이어티를 포함한다. 몇몇 경우에, 탄소계 기판은 폴리올레핀 모이어티를 포함한다. 몇몇 경우에, 폴리올레핀 모이어티는 폴리에틸렌(PE) 모이어티, 폴리프로필렌(PP) 모이어티, 폴리아마이드(PA) 모이어티, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 모이어티, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 모이어티 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 모이어티를 포함한다.
소정의 용어
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 청구된 대상이 속하는 분야의 당업자가 보통 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 제공된 설명이 오직 예시적이고 설명적이고 청구된 임의의 대상을 제한하지 않는다고 이해되어야 한다. 본 출원에서, 단수의 사용은 달리 구체적으로 기재되지 않는 한 복수를 포함한다. 본 명세서에 사용된 바대로, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"가, 문맥이 명확히 달리 기재하지 않는 한, 복수 지시어를 포함한다는 것에 주목해야 한다. 본 출원에서, "또는"의 사용은, 달리 기재하지 않는 한, "및/또는"을 의미한다. 더욱이, 용어 "포함하는(including)" 및 다른 형태, 예컨대 "포함한다(include)", "포함한다(includes)" 및 "포함된(included)"의 사용은 제한이 아니다.
본 명세서에 사용된 바대로, 유기 화합물을 포함하는 화합물에 대한 명명법은 명명법에 대한 일반 명칭, IUPAC, IUBMB 또는 CAS 추천을 이용하여 주어질 수 있다. 하나 이상의 입체화학 특징이 존재하는 경우, 입체화학(stereochemical)에 대한 칸-인골드-프렐로그(Cahn-Ingold-Prelog) 규칙은 입체화학 우선성(stereochemical priority), E/Z 사양(E/Z specification) 등을 지정하도록 이용될 수 있다. 당업자는 이름이 주어진 경우 명칭 관례를 이용하여 화합물 구조의 시스템 리덕션에 의해 또는 상업적으로 구입 가능한 소프트웨어, 예컨대 CHEMDRAWTM(Cambridgesoft Corporation(미국))에 의해 화합물의 구조를 용이하게 확인할 수 있다.
범위는 "약" 하나의 특정한 값으로부터, 및/또는 "약" 또 다른 특정한 값으로 본 명세서에서 표시될 수 있다. 이러한 범위가 표시될 때, 또 다른 양태는 하나의 특정한 값으로부터 및/또는 다른 특정한 값으로 포함한다. 유사하게, 값이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치로 표시될 때, 특정한 값이 또 다른 양태를 형성한다고 이해될 것이다. 각각의 범위의 종점이 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과 독립적으로 둘 다 유의미하다고 추가로 이해될 것이다. 본 명세서에 개시된 다수의 값이 존재하고, 각각의 값이 값 그 자체 이외에 "약" 그 특정한 값으로 본 명세서에 또한 개시된다고 또한 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시된 경우, "약 10"이 또한 개시된다. 값이 개시될 때, 당업자에 의해 적절히 이해되는 것처럼, "값 이하", "값 이상" 및 값 사이의 가능한 범위가 또한 개시된다고 또한 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시된 경우, "10 이하" 및 "10 이상"이 또한 개시된다. 본 출원에 걸쳐, 데이터가 다수의 상이한 포맷으로 제공되고, 이 데이터가 종점 및 출발점, 및 데이터 점의 임의의 조합에 대한 범위를 나타낸다고 또한 이해된다. 예를 들어, 특정한 데이터 점 "10" 및 특정한 데이터 점 15가 개시된 경우, 10 및 15 초과, 이상, 미만, 이하 및 이와 동등, 및 10 내지 15가 개시된다고 생각된다고 이해된다. 2개의 특정한 단위 사이의 각각의 단위가 또한 개시된다고 또한 이해된다. 예를 들어, 10 및 15가 개시된 경우, 11, 12, 13 및 14가 또한 개시된다.
조성물 내의 특정한 요소 또는 성분의 중량부에 대한 본 명세서 및 마지막의 청구항에서의 언급은 중량부가 표시된 조성물 또는 물품 내의 요소 또는 성분과 임의의 다른 요소 또는 성분 사이의 중량을 의미한다. 따라서, 성분 X의 2중량부 및 성분 Y의 5중량부를 함유하는 화합물에서, X 및 Y는 2:5의 중량비로 존재하고, 추가적인 성분이 화합물에 함유되는지와 무관하게 이러한 비율로 존재한다.
성분의 중량 퍼센트(중량%)는, 구체적으로 반대로 기재되지 않는 한, 성분이 포함된 제제 또는 조성물의 전체 중량에 기초한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "선택적인" 또는 "선택적으로"는 후속하여 기재된 사건 또는 상황이 일어나거나 일어나지 않을 수 있다는 것 및 설명이 상기 사건 또는 상황이 일어나는 경우 및 이것이 일어나지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "유효량" 및 "효과적인 양"은 원하는 결과를 달성시키거나 원치 않는 조건에 영향을 미치기에 충분한 양을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "안정한"은 본 명세서에 개시된 목적 중 하나 이상을 위해 이의 제조, 검출, 및 소정의 양태에서, 이의 회수, 정제 및 사용을 허용하는 조건으로 처리될 때 실질적으로 변경되지 않는 조성물을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "폴리머"는 구조가 모노머(monomer)(예를 들어, 폴리에틸렌, 고무, 셀룰로스)인 반복된 작은 단위로 표시될 수 있는 천연 또는 합성의 비교적 높은 분자량의 유기 화합물을 의미한다. 합성 폴리머는 통상적으로 모노머의 부가 또는 축합 중합에 의해 형성된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "호모폴리머(homopolymer)"는 반복 단위(모노머 잔기(monomer residue))의 단일 유형으로부터 형성된 폴리머를 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "코폴리머(copolymer)"는 2개 이상의 상이한 반복 단위(모노머 잔기)로부터 형성된 폴리머를 의미한다. 예로서 제한 없이, 코폴리머는 교대 코폴리머(alternating copolymer), 랜덤 코폴리머, 블록 코폴리머 또는 그래프트 코폴리머일 수 있다. 소정의 양태에서, 블록 코폴리머의 다양한 블록 세그먼트 자체가 코폴리머를 포함할 수 있다는 것 또한 고려된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "올리고머(oligomer)"는 반복 단위의 수가 2개 내지 10개, 예를 들어 2개 내지 8개, 2개 내지 6개 또는 2개 내지 4개인 비교적 낮은 분자량의 폴리머를 의미한다. 일 양태에서, 올리고머의 집합은 약 2개 내지 약 10개, 예를 들어 약 2개 내지 약 8개, 약 2개 내지 약 6개 또는 약 2개 내지 약 4개의 반복 단위의 평균 수를 가질 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "가교결합된 폴리머(cross-linked polymer)"는 하나의 폴리머 사슬을 다른 폴리머 사슬에 결합시키는 결합을 갖는 폴리머를 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "알킬"은 1개 내지 24개의 탄소 원자의 분지된 또는 비분지된 포화 탄화수소 기, 예컨대 메틸, 에틸, n-프로필, 아이소프로필, n-부틸, 아이소부틸, s-부틸, t-부틸, n-펜틸, 아이소펜틸, s-펜틸, 네오펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 도데실, 테트라데실, 헥사데실, 에이코실, 테트라코실 등이다. 알킬기는 환식 또는 비환식일 수 있다. 알킬기는 분지되거나 비분지될 수 있다. 알킬기는 또한 치환되거나 비치환될 수 있다. 예를 들어, 알킬기는 본 명세서에 기재된 바와 같이 알킬, 사이클로알킬, 알콕시, 아미노, 에테르(ether), 할라이드, 하이드록시, 나이트로, 실릴, 설포-옥소, 설포네이트, 카복실레이트 또는 티올(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 하나 이상의 기에 의해 치환될 수 있다. "저급 알킬(lower alkyl)" 기는 1개 내지 6개(예를 들어, 1개 내지 4개) 탄소 원자를 함유하는 알킬기이다. 알킬의 비제한적인 예는 C1-18 알킬, C1-Cl2 알킬, C1-C8 알킬, C1-C6 알킬, C1-C3 알킬 및 C1 알킬을 포함한다.
본 명세서에 걸쳐, "알킬"은 일반적으로 비치환된 알킬기 및 치환된 알킬기 둘 다를 의미하도록 사용되지만; 치환된 알킬기는 알킬기에서 특정한 치환기(들)를 나타냄으로써 본 명세서에서 또한 구체적으로 언급된다. 예를 들어, 용어 "할로겐화 알킬" 또는 "할로알킬"은 구체적으로 하나 이상의 할라이드, 예를 들어 플루오린, 염소, 브롬 또는 요오드에 의해 치환된 알킬기를 의미한다. 용어 "알콕시알킬"은 구체적으로 하기 기재된 바와 같은 하나 이상의 알콕시기에 의해 치환된 알킬기를 의미한다. 용어 "알킬아미노"는 구체적으로 하기 기재된 바와 같은 하나 이상의 아미노기 등에 의해 치환된 알킬기를 의미한다. "알킬"이 하나의 경우에 사용되고 "알킬알코올"과 같은 구체적인 용어가 또 다른 경우에 사용될 때, 용어 "알킬"이 "알킬알코올" 등과 같은 구체적인 용어를 또한 의미하지 않는다고 의도되지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "알케닐"은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 구조식을 갖는 2개 내지 24개의 탄소 원자의 탄화수소 기이다. 알케닐기는 비치환되거나 본 명세서에 기재된 바와 같은 알킬, 사이클로알킬, 알콕시, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 알데하이드, 아미노, 카복실산, 에스터, 에테르, 할라이드, 하이드록시, 케톤, 아자이드, 나이트로, 실릴, 설포-옥소 또는 티올(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 하나 이상의 기에 의해 치환될 수 있다. 알케닐의 비제한적인 예는 C2-18 알케닐, C2-12 알케닐, C2-8 알케닐, C2-6 알케닐 및 C2-3 알케닐을 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "알키닐"은 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합을 함유하는 구조식을 갖는 2개 내지 24개의 탄소 원자의 탄화수소 기이다. 알키닐기는 비치환되거나 본 명세서에 기재된 바와 같은 알킬, 사이클로알킬, 알콕시, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 알데하이드, 아미노, 카복실산, 에스터, 에테르, 할라이드, 하이드록시, 케톤, 아자이드, 나이트로, 실릴, 설포-옥소 또는 티올(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 하나 이상의 기에 의해 치환될 수 있다. 알키닐의 비제한적인 예는 C2-18 알키닐, C2-12 알키닐, C2-8 알키닐, C2-6 알키닐 및 C2-3 알키닐을 포함한다.
"알킬렌" 기는 2가 알킬 라디칼을 의미한다. 임의의 상기 언급된 1가 알킬기는 알킬로부터 제2 수소 원자를 추출(abstraction)함으로써 알킬렌일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 알킬렌은 C1-C8알킬렌이다. 몇몇 실시형태에서, 알킬렌은 C1-C6알킬렌이다. 다른 실시형태에서, 알킬렌은 C1-C4알킬렌이다. 통상적인 알킬렌기는 -CH2-, -CH(CH3)-, -C(CH3)2-, -CH2CH2-, -CH2CH(CH3)-, -CH2C(CH3)2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "아민" 또는 "아미노"는 화학식 -NA1A2(식 중, A1 및 A2는 독립적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 수소 또는 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기일 수 있음)로 표시된다.
용어 "사이클로알킬"은 각각의 고리를 형성하는 원자(즉, 골격 원자)가 탄소 원자인 단환식 또는 다환식 지방족, 비방향족 라디칼을 의미한다. 몇몇 실시형태에서, 사이클로알킬은 스피로환식(spirocyclic) 또는 브릿징된 화합물이다. 몇몇 실시형태에서, 사이클로알킬은 선택적으로 방향족 고리와 융합되고, 부착 점은 방향족 고리 탄소 원자가 아닌 탄소에 있다. 사이클로알킬기는 3개 내지 10개의 고리 원자를 갖는 기를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 사이클로알킬기는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로펜테닐, 사이클로헥실, 사이클로헥세닐, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸, 스피로[2.2]펜틸, 노보닐 및 바이사이클[1.1.1]펜틸(bicycle[1.1.1]pentyl) 중에서 선택된다. 몇몇 실시형태에서, 사이클로알킬은 C3-C6사이클로알킬이다.
용어 "사이클로알케닐"은 하나 이상의 이중 결합을 함유하는 불포화 카보사이클릴을 의미한다. 단환식 사이클로알케닐의 예는 예를 들어 사이클로펜테닐, 사이클로헥세닐, 사이클로헵테닐 및 사이클로옥테닐 등을 포함한다.
용어 "사이클로알키닐"은 하나 이상의 삼중 결합을 함유하는 불포화 카보사이클릴을 의미한다. 단환식 사이클로알키닐의 예는 예를 들어 사이클로펜틴, 사이클로헵테닐, 및 사이클로옥테닐, 사이클로옥틴, 사이클로노닌 및 사이클로데신 등을 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "아민" 또는 "아미노"는 화학식 - NA1A2(식 중, A1 및 A2는 독립적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 수소 또는 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기일 수 있음)로 표시된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "에스터"는 화학식 -OC(O)A1 또는 -C(O)OA1(식 중, A1은 본 명세서에 기재된 바와 같이 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기일 수 있음)로 표시된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "폴리에스터"는 화학식 -(A1O(O)C-A2-C(O)O)a- 또는 -(A1O(O)C-A2-OC(O))a-(식 중, A1 및 A2는 독립적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기일 수 있고, "a"는 1 내지 500의 정수임)로 표시된다. "폴리에스터"는 적어도 2개의 카복실산기를 갖는 화합물과 적어도 2개의 하이드록실기를 갖는 화합물 사이의 반응에 의해 제조된 기를 기재하도록 사용된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "에테르"는 화학식 A1OA2(식 중, A1 및 A2는 독립적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기일 수 있음)로 표시된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "폴리에테르"는 화학식 -(A1O-A2O)a-(식 중, A1 및 A2는, 독립적으로 본 명세서에 기재된 바와 같이 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴 또는 헤테로아릴기일 수 있고, "a"는 1 내지 500의 정수임)로 표시된다. 폴리에테르기의 예는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 및 폴리부틸렌 옥사이드를 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "아자이드"는 화학식 -N3으로 표시된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "티올"은 화학식 -SH로 표시된다.
용어 "할로" 또는, 대안적으로, "할로겐" 또는 "할라이드"는 플루오로, 클로로, 브로모 또는 요오도를 의미한다. 몇몇 실시형태에서, 할로겐은 플루오로, 클로로 또는 브로모이다. 몇몇 실시형태에서, 할로겐은 플루오로이다. 몇몇 실시형태에서, 할로겐은 클로로이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "아릴"은 각각의 고리를 형성하는 원자가 탄소 원자인 방향족 고리를 의미한다. 일 양태에서, 아릴은 페닐 또는 나프틸이다. 몇몇 실시형태에서, 아릴은 페닐이다. 몇몇 실시형태에서, 아릴은 페닐, 나프틸, 인다닐, 인데닐 또는 테트라하이드로나프틸이다. 몇몇 실시형태에서, 아릴은 C6-C10아릴이다. 구조에 따라, 아릴기는 모노라디칼 또는 다이라디칼(즉, 아릴렌기)이다.
용어 "할로알킬"은 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 원자에 의해 대체된 알킬을 의미한다. "모노할로알킬"은 1개의 수소 원자가 할로겐 원자에 의해 대체된 알킬을 의미한다. 몇몇 실시형태에서, 모노할로알킬은 C1-C4 모노할로알킬이다. "폴리할로알킬"은 하나 초과의 수소 원자가 할로겐 원자에 의해 대체된 알킬을 의미한다. 일 양태에서, 폴리할로알킬은 C1-C4 폴리할로알킬이다.
용어 "헤테로알킬"은 알킬의 하나 이상의 골격 원자가 탄소 이외의 원자, 예를 들어 산소, 질소(예를 들어 -NH-, -N(알킬)-, 황, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 알킬기)를 의미한다. 헤테로알킬은 헤테로알킬의 탄소 원자에서 분자의 나머지에 부착된다. 일 양태에서, 헤테로알킬은 C1-C6헤테로알킬이다.
용어 "헤테로아릴" 또는, 대안적으로, "헤테로방향족"은 질소, 산소 및 황으로부터 선택된 하나 이상의 고리 이종원자를 포함하는 아릴기를 의미한다. 헤테로아릴기의 예시적인 예는 단환식 헤테로아릴 및 이환식 헤테로아릴을 포함한다. 단환식 헤테로아릴은 피리디닐, 이미다졸릴, 피리미디닐, 피라졸릴, 트라이아졸릴, 피라지닐, 테트라졸릴, 퓨릴, 티에닐, 아이속사졸릴, 티아졸릴, 옥사졸릴, 아이소티아졸릴, 피롤릴, 피리다지닐, 트라이아지닐, 옥사다이아졸릴, 티아다이아졸릴 및 퓨라자닐을 포함한다. 단환식 헤테로아릴은 인돌리진, 인돌, 벤조퓨란, 벤조티오펜, 인다졸, 벤즈이미다졸, 퓨린, 퀴놀리진, 퀴놀린, 아이소퀴놀린, 신놀린, 프탈라진, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 1,8-나프티리딘 및 프테리딘을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 헤테로아릴은 고리에 0개 내지 4개의 N 원자를 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 헤테로아릴은 고리에 1개 내지 4개의 N 원자를 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 헤테로아릴은 고리에 0개 내지 4개의 N 원자, 0개 내지 1개의 O 원자 및 0개 내지 1개의 S 원자를 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 헤테로아릴은 고리에 1개 내지 4개의 N 원자, 0개 내지 1개의 O 원자 및 0개 내지 1개의 S 원자를 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 헤테로아릴은 C1-C9헤테로아릴이다. 몇몇 실시형태에서, 단환식 헤테로아릴은 C1-C5헤테로아릴이다. 몇몇 실시형태에서, 단환식 헤테로아릴은 5원 또는 6원 헤테로아릴이다. 몇몇 실시형태에서, 이환식 헤테로아릴은 C6-C9헤테로아릴이다.
용어 "쌍성이온" 또는 "쌍성이온성"은 음으로 하전된 성분 및 양으로 하전된 성분 둘 다를 함유하는 화합물을 의미하고, 여기서 하전된 성분은 공유 결합을 통해 연결된다.
용어 "하전된 화합물" 또는 "염"은 하나 이상의 하전된 성분을 함유하는 화합물을 의미하고, 여기서 임의의 연관된 반대이온은 공유 결합을 통해 연결되지 않는다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 하나 이상의 양전하를 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물은 하나 이상의 음전하를 함유한다. 하전된 화합물은 전하를 균형 이루도록 반대이온을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 또는 쌍성이온성 화합물은 하나 이상의 하전된 성분을 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 화합물의 음으로 하전된 성분은 카복실레이트이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물의 음으로 하전된 성분은 설포네이트이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물의 양으로 하전된 성분은 -NH3 +인 양성자화된 아민이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물의 양으로 하전된 성분은 -NR2H+(식 중, R은 각각 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴기, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H임)이다. 몇몇 실시형태에서, 화합물의 양으로 하전된 성분은 -NR3 +(식 중, R은 각각 용어 아미노, 예컨대 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 사이클로알케닐, 알키닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴기, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H에 대해 본 명세서에 기재된 바와 같음)이다.
몇몇 실시형태에서, 하전된 화합물의 반대이온은 Li+, Na+, K+, NH4 +, NR4 +, NR3H+, H+, Mg2+, Ca2+, F-, Cl-, Br-, I-, OH-, SO4 2-, HSO4 -, NO3 -, CN-, N3 -, PF6 -(식 중, R은 각각 알킬임)이다.
본 명세서에 기재된 화합물은 하나 이상의 이중 결합을 함유할 수 있고, 이에 따라 잠재적으로 시스/트랜스(E/Z) 이성질체, 및 다른 입체 이성질체(conformational isomer)를 생성시킨다. 반대로 기재되지 않는 한, 본 발명은 모든 이러한 가능한 이성질체, 및 이러한 이성질체의 혼합물을 포함한다.
본 명세서에 개시된 소정의 재료, 화합물, 조성물 및 성분은 상업적으로 수득되거나, 당업자에게 일반적으로 공지된 기법을 이용하여 용이하게 합성될 수 있다. 예를 들어, 개시된 화합물 및 조성물을 제조하는 데 사용된 출발 재료 및 시약은 상업용 공급자, 예컨대 Aldrich Chemical Co.(위스콘신주 밀워키), Acros Organics(뉴저지주 모리스 플레인스), Fisher Scientific(펜실베니아주 피츠버그) 또는 Sigma(미주리주 세인트 루이스)로부터 구입 가능하거나, 참고문헌, 예컨대 [Fieser and Fieser's Reagents for Organic Synthesis, Volumes 1-17 (John Wiley and Sons, 1991); Rodd's Chemistry of Carbon Compounds, Volumes 1-5 and Supplemental volumes (Elsevier Science Publishers, 1989); Organic Reactions, Volumes 1-40 (John Wiley and Sons, 1991); March's Advanced Organic Chemistry, (John Wiley and Sons, 4th Edition); 및 Larock's Comprehensive Organic Transformations (VCH Publishers Inc., 1989)]에 기재된 절차에 따라 당업자에게 공지된 방법에 의해 제조된다.
명확히 달리 기재되지 않는 한, 본 명세서에 기재된 임의의 방법이 이의 단계가 특정한 순서로 수행되는 것을 요하는 것으로 해석되어야 한다는 것으로 결코 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 이의 단계가 후행하는 순서를 실제로 언급하지 않거나, 이것이 단계가 구체적인 순서로 제한된다는 청구항 또는 설명에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 경우, 어떤 점에서 순서가 추론된다고 결코 의도되지 않는다. 이것은 단계 또는 조작 흐름의 배열과 관련한 로직의 문제; 문법 체계화 또는 순열로부터 유래된 평범한 의미; 및 본 명세서에 기재된 실시형태의 수 또는 유형을 포함하는 해석에 대한 임의의 가능한 비표현 기준에 유효하다.
본 명세서에서 사용된 헤딩 부문은 오직 구성적 목적이고 기재된 대상을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
실시예
이 실시예는 본 명세서에 제공된 청구항의 범위를 제한하지 않도록 오직 예시적 목적을 위해 제공된다.
펜타플루오로벤젠설폰일 클로라이드(pentafluorobenzenesulfonyl chloride), N,N-다이메틸에틸렌다이아민(N,N-dimethylethylenediamine) 및 1,3-프로판 설톤(1,3-propane sultone)을 Sigma Aldrich로부터 구입하고, 입수한 그대로 사용하였다. 모든 리튬 헥사플루오로포스페이트/카보네이트(lithium hexafluorophosphate/carbonate) 전해질 용액 및 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate)를 Sigma Aldrich로부터 구입하고, 아르곤 충전된 글러브 박스 안에 저장하였다. 감마-뷰티로락톤(gamma-butyrolactone)을 Sigma Aldrich로부터 구입하고, CaSO4 위에서 건조시키고, 아르곤 충전된 글러브 박스 안에서 분자체(molecular sieve) 위에 저장하였다. 클로로폼, 에탄올 및 아세톤을 Fisher Scientific로부터 구입하고, 입수한 그대로 사용하였다. LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(NMC) 캐소드 및 흑연 애노드를 MTI Corporation으로부터 구입하고, 개봉하고, 아르곤 충전된 글러브 박스 안에 저장하였다. 단일층 PE(Targray) 및 삼중층 PE/PP/PE(Celgard 2320) 세퍼레이터를 구입하고, 대조군 세퍼레이터로서 사용하였다. 2032 코인 셀은 EIS 및 사이클링 시험에 사용되었다.
핵 자기 공명(NMR) 스펙트럼은 Inova-400 또는 Bruker-500에 기록되었다. 1H, 13C 및 19F NMR 화학 이동(chemical shift)은 내부 표준(트리플루오로에탄올(-77.03ppm))에 대해 백만분율(δ)로 부여된다. 전기분무 질량 분광법 데이터는 Waters LCT Premier XE 비행 시간 장치에 의해 수집되었다. 샘플은 다모드 이온화 소스(Multi-Mode Ionization source)로 Waters Acquity UPLC로부터의 직접 루프 주사를 이용하여 인퓨징되었다. 흐름 주입 용매는 1:1 MeOH:MeCN(LCMS Grade, VWR Scientific)이었다. 정확한 질량 결정을 위한 잠금 질량 표준(lock mass standard)은 류신 엔케팔린(leucine enkephalin)(Sigma L9133)이었다. UV-vis 실험은 Shimadzu UV-3101PC 분광기에서 수행되었다.
실시예 1. 과할로겐화 페닐 아자이드-쌍성이온 화합물의 합성
N-(2-(다이메틸아미노)에틸)-2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠설폰아마이드(N-(2-(dimethylamino)ethyl)-2,3,4,5,6-pentafluorobenzenesulfonamide)의 합성
N,N-다이메틸에틸렌다이아민(417㎕, 3.82m㏖, 1당량) 및 520㎕의 트리에틸아민을 5㎖의 CHCl3 중에 용해시키고, 아이스 배스(ice bath)에서 0℃로 냉각시켰다. 별도로, 펜타플루오로벤젠설포닐 클로라이드(1.018그램, 3.82mmol, 1㎖)를 5㎖의 CHCl3 중에 용해시키고, 0℃로 냉각시켰다. 펜타플루오로벤젠설포닐 클로라이드를 함유하는 용액을 0℃에서 N,N-다이메틸에틸렌다이아민 용액에 적하함으로써 2개의 용액을 천천히 배합하였다. 얼음은 1시간 동안 15분 마다 교환되었다. 1시간 후, 반응물을 아이스 배스로부터 제거하고, 실온에서 교반되게 하였다. 2시간 후, 미정제 혼합물을 CHCl3/H2O 사이에 분배하고, DI 물에 의해 세척하였다. 유기 층을 감압 하에 농축시켜 N-(2-(다이메틸아미노)에틸)-2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠설폰아마이드(875㎎, 72%)를 백색의 고체로서 얻었다.
분광학 데이터 1H NMR (400 MHz, CDCl3, 25℃, TMS): 2.17 (6H, s), 2.44 (2H, t), 3.19 (2H, t), 5.15 (1H, br s); 13C NMR (400 MHz, CDCl3, 25℃, TMS): 40.6, 44.8, 57.5, 116.7, 136.6, 139.2, 142.4, 143.2, 145, 145.8; 19F NMR (400 MHz, CDCl3, 25℃, TFE): -135.2 (2F, m), -144.8 (1F, m), -157.1 (2F, m).
4-아지도-N-(2-(다이메틸아미노)에틸)-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠설폰아마이드(4-azido-N-(2-(dimethylamino)ethyl)-2,3,5,6-tetrafluorobenzene sulfonamide)의 합성
아세톤/H2O 혼합물(24㎖ 아세톤, 8㎖ H2O) 중의 N-(2-(다이메틸아미노)에틸)-2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠설폰아마이드(711㎎, 2.23m㏖, 1㎖)의 용액에 524㎎의 나트륨 아자이드(524㎎, 8.34m㏖, 3.75당량)를 첨가하였다. 혼탁한 반응 혼합물이 어두운 곳에서 밤새 교반되게 하였다. 미정제 혼합물을 CHCl3에 의해 희석하고, CHCl3/H2O 사이에 분배하고, 이후 많은 양의 H2O에 의해 3회 세척하였다. 유기 층을 감압 하에 농축시켜 4-아지도-N-(2-(다이메틸아미노)에틸)-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠설폰아마이드(612㎎, 80%)를 미백색(off-white)의 고체로서 얻었다.
분광학 데이터 1H NMR (400 MHz, CDCl3, 25℃, TMS): 2.17 (6H, s), 2.43 (2H, t), 3.17 (2H, t), 5.19 (2H, br s); 13C NMR (400 MHz, CDCl3, 25℃, TMS): 40.5, 44.8, 57.2, 115.9, 124.4, 139.2, 141.9, 142.9, 145.4; 19F NMR (400 MHz, CDCl3, 25℃, TFE): -138 (2F, m), -149.7 (2F, m). MS (TOF-ESI+): C10H11F4N5O2S+H+에 대한 계산치 342.0648, 측정된 342.0654 (M+H+). UV-vis (EtOH): λmax = 260㎚
3-((2-((4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로페닐)설폰아미도)에틸) 다이메틸암모니오)프로판-1-설포네이트(3-((2-((4-azido-2,3,5,6-tetrafluorophenyl)sulfonamido)ethyl)dimethylammonio)propane-1-sulfonate)의 합성
무수 아세톤(16㎖, 0.15M) 중의 4-아지도-N-(2-(다이메틸아미노)에틸)-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠설폰아마이드(800㎎, 2.3m㏖, 1㎖)의 용액에 1,3-프로판 설톤(343㎎, 2.8m㏖, 1.2㎖)을 일 부분으로 첨가하였다. 혼합물을 어두운 곳에서 밤새 교반되게 하였다. 아침에, 혼합물을 여과하고, 여과액을 초기 반응 용기로 돌려보내고, 커버하고, 계속해서 교반되게 하였다. 여과된 생성물을 아세톤에 의해 3회 세척하고 건조시켰다. 이 공정은 다음 4일의 과정에 걸쳐 3회 반복되어 고진공 하에 건조 후 총 600㎎(52%)의 3-((2-((4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로페닐) 설폰아미도)에틸)다이메틸암모니오)프로판-1-설포네이트를 백색의 분말로서 제공하였다.
분광학 데이터 1H NMR (500 MHz, [D6]DMSO, 25℃, TMS): 1.96 (2H, m), 2.46 (2H, m), 3.06 (6H, s), 3.45 (6H, m) 9.00 (1H, br s); 13C NMR (500 MHz, [D6]DMSO, 25℃, TMS): 19.3, 36.5, 47.9, 51, 61.7, 63.1, 114.8, 125.0, 139.8, 141.8, 142.9, 144.9; 19F NMR (500 MHz, [D6]DMSO, 25℃, TFE): -145.4 (2F, m), -134.5 (2F, m). UV-vis (EtOH): λmax = 264㎚. 질량 분광법: MS (TOF-ESI+): C13H17F4N5O5S2+H+에 대한 계산치 464.0685, 측정된 464.0684 (M+H+).
실시예 2. PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터(PFPA-sulfobetaine modified separator)의 합성, 규명 및 특성
PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터를 하기 기재된 절차에 따라 제조하였다. 폴리올레핀 세퍼레이터에서의 그래프팅된 PFPA-설포베타인 분자를 예시하는 도식적 표시는 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 PFPA-설포베타인 변성된 폴리올레핀 세퍼레이터의 SEM 영상(왼쪽) 및 폴리올레핀 세퍼레이터의 외부 및 내부 표면에 그래프팅된 PFPA-설포베타인 분자의 도식적 표시(오른쪽)이다. 그래프팅 공정은 PFPA-설포베타인 분자를 외부 표면 이외에 세퍼레이터의 내부 기공에 공유 부착하게 한다.
롤-대-롤 방법 및 시스템
상업용 폴리올레핀 세퍼레이터의 롤은 2.5㎝ 분-1의 속도로 압출되었다. 세퍼레이터는 순수한 에탄올의 배스, 이어서 DI 물 중의 5mM PFPA- 설포베타인의 배스를 통해 롤링되었다. 이후, 세퍼레이터는 254㎚ UV 광 노출 구역을 통해 이동하였다. 2개의 UV 램프는 각각의 측에서 세퍼레이터를 마주보며 1㎝ 떨어져 배치되었다. 세퍼레이터는 2분 동안 UV 노출로 처리되고, 이후 임의의 비결합된 PFPA-쌍성이온을 제거하도록 1:1 물:에탄올의 배스 중에 침지되었다. 1:1 물:에탄올 배스는 활성탄 필터를 사용하여 지속적으로 정제되고, 이 필터는 욕으로부터 PFPA- 설포베타인 분자를 제거한다. 이 공정은 이후 전체 5회 사이클 동안 동일한 롤에 대해 반복되었다. 이후, 세퍼레이터는 롤링되고, 사용 전 진공 오븐에서 밤새 건조되었다. 이 방법은 PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터를 생성시켰다.
X선 광전자 분광법(XPS)
XPS 연구는 10mA 및 15kV에서 조작되는 단색 Al Kα X선 소스를 갖는 Kratos AXIS Ultra DLD에서 수행되었다. 조사 스펙트럼 및 개별 고해상 스펙트럼은 각각 160eV 및 10eV의 통과 에너지를 사용하여 수집되었다. 데이터 처리는 CasaXPS 2.3 소프트웨어를 사용하여 처리되고, 스펙트럼 결합 에너지는 C1s 고해상 스펙트럼에서의 탄화수소 피크를 284.6eV로 배정함으로써 보정되었다.
XPS는, 표 1에 기재된 각각의 샘플의 표면에 존재하는 탄소에 대한 원자 백분율로, 폴리올레핀 표면에 공유 결합된 PFPA-설포베타인 분자의 존재를 확인하도록 사용되었다. 상업용 탄화수소 세퍼레이터 표면은 세퍼레이터의 제조 공정으로부터 아마도 생기는 공칭 플루오린 함량(0.1% 미만)으로 대부분 탄소를 함유한다. 변성 이후에, 폴리올레핀 세퍼레이터 표면에서의 플루오린의 원자 백분율은 PFPA-설포베타인 분자의 플루오린화된 페닐 고리로부터 증가한다. 플루오린의 존재가 물리적으로 흡착된 PFPA-설포베타인 때문이 아니라는 것을 보장하기 위해, UV 광에 대한 노출 없이 PFPA-설포베타인을 함유하는 용액으로 침지되고 세정된, 세퍼레이터 샘플이 포함되었다. 이 샘플의 표면은 0.1% 플루오린을 함유하여서, 1:1 EtOH:H2O 세정 배스가 임의의 흡착된 PFPA-설포베타인을 제거하는 데 효과적이라는 것을 나타낸다.
| 비처리된 PE | PFPA-설포베타인 PE | 비처리된 PP/PE/PP | PFPA-설포베타인 PP/PE/PP | UV 노출되지 않은 PFPA-설포베타인 PE | |
| 상대 탄소 백분율 | >99.9% | 99.05% | >99.9% | 99.58% | >99.9% |
| 상대 플루오린 백분율 | <0.1% | 0.95% | <0.1% | 0.42% | <0.1% |
비처리된 및 변형된 세퍼레이터에 대한 XPS 분석.탄소에 대한 F1s%는 세퍼레이터 표면에서 PFPA-설포베타인의 존재를 결정하도록 사용되었다.
접촉각
접촉각은 First 10 Ångstroms Contact Angle Goniometer를 사용하여 측정되었다. 고착 액적 접촉각(sessile drop contact angle)은 측정 전 적어도 24시간 동안 건조된 세퍼레이터의 샘플에서 DI 물을 사용하여 취해졌다.
표면 작용기화에 대한 증거는, 세퍼레이터 표면에 하전된 작용기의 도입이 접촉각을 감소시킨다는 예상으로, DI 물을 사용한 접촉각 측정을 통해 얻어졌다. 비처리된 및 처리된 단일층 PE 세퍼레이터는 각각 104.6° 및 53.5°의 평균 접촉각을 나타냈다. 비처리된 삼중층 세퍼레이터는 97.2°의 평균 접촉각을 갖고, 이는 변성 후 80.8°로 감소하였다. 표 2는 대조군 및 변성된 단일층 및 삼중층 세퍼레이터의 고착 접촉각 측정을 보여준다.
| 비처리된 PE | PFPA-설포베타인 PE | 비처리된 PP/PE/PP | PFPA-설포베타인 PP/PE/PP | |
| 평균 접촉각 | 103.8 | 53.5 | 97.2 | 80.8 |
| 표준 편차 | 2.7 | 2.0 | 2.7 | 8.2 |
고착 접촉각 측정은 측정 전 적어도 24시간 동안 건조된 세퍼레이터의 샘플에 취해졌다.평균 접촉각 및 표준 편차가 기재되어 있다.
시차 주사 열량계(DSC)
시차 주사 열량계(DSC)(Perkin Elmer Differential Scanning Calorimeter)는 비처리된 및 변성된 세퍼레이터의 융점(melting temperature)을 결정하도록 사용되었다. 분석은 2℃ 분-1의 가열 속도로 질소 분위기 하에 수행되었다.
DSC는 변성된 세퍼레이터의 융점을 결정하도록 사용되었다(도 2). 비변성된 상업용 및 변성된 단일층 PE 세퍼레이터 둘 다는 135℃에 가까운 융점을 나타낸다. 비변성된 상업용 및 변성된 삼중층 세퍼레이터는 대략 133℃(PE) 및 158℃(PP)의 2개의 융점을 나타낸다. 융점의 최소 변화는 PFPA-설포베타인 표면 코팅이 세퍼레이터의 열 특성을 오직 명목상 변경하고, 열 셧다운 능력이 보유된다는 것을 나타낸다.
전해질 업테이크
세퍼레이터의 전해질 업테이크는 1시간 동안 전해질 중에 세퍼레이터의 샘플을 액침시킴으로써 측정되었다. 세퍼레이터의 중량은 액침 전에 및 후에 측정되었다. 세퍼레이터 표면에서의 과량의 전해질은 액침 후 중량을 측정하기 전에 필터 페이퍼에 의해 제거되었다. 전해질 업테이크 값은 식 1에 따라 계산되었다.
(( 업테이크 = 100% * (Wi - Wo)/Wo))
(1)
식 중, Wi는 액침 후 세퍼레이터의 중량을 나타내고, Wo는 액침 전 세퍼레이터의 중량을 나타낸다.
폴리올레핀 표면으로의 하전된 작용기의 도입은 세퍼레이터의 표면 에너지를 증가시켜 극성 전해질의 더 양호한 업테이크를 허용한다. 폴리올레핀 골격으로의 PFPA-설포베타인의 도입은 세퍼레이터로의 전해질의 더 큰 업테이크를 허용한다. 10㎕의 6개의 상이한 전해질을 도 3에 도시된 바대로 8㎜의 반경을 갖는 폴리올레핀 세퍼레이터의 샘플로 피펫팅하였다. 1:1 EC:DMC, 1:1 EC:EMC 및 1:1 EC:DEC 중의 1.0M LiPF6은 이의 상업용 이용가능성에 선택되었다. 선형 카보네이트, 1:1 EC:PC 중의 1.0M LiPF6, 1:1 EC:GBl 중의 1.0M LiBF4 및 감마-뷰티로락톤(Gbl) 중의 1.0M LiBF4가 결여된 전해질을 또한 시험하였다. 8㎜의 반경을 갖는 PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터의 샘플은 10㎕의 전해질 분액(aliquot)에 의해 완전히 습윤되었다. 선형 카보네이트(1:1 EC:PC, 1:1 EC:GBl 중의 1.0M LiBF4, Gbl 중의 1.0M LiBF4)가 없는 전해질에 의한 세퍼레이터의 습윤은 이 전해질 및 상업용 폴리올레핀 세퍼레이터와의 비호환성을 고려하면 특히 주목할만하다. Gbl 전해질은 이의 방염 성질로 인해 최근에 주의를 끌고 있고(도 4), 이는 진전된 안전성 특징을 갖는 LiB에 잠재적으로 사용될 수 있다. 표 3은 도 3에 도시된 것과 유사한 세퍼레이터 및 전해질의 전해질 업테이크 값을 나타낸다. 전해질 업테이크 값은 식 1에 따라 계산되었다.
| 1.0M LiPF6 1:1 EC:DMC |
1.0M LiPF6 1:1 EC:DEC |
1.0M LiPF6 1:1 EC:EMC |
1.0M LiPF6 1:1 EC:PC |
1.0M LiBF4 1:1 EC:GBl |
1.0M LiBF4 1:1 EC:GBl |
|
| 비처리된 PE | 111.1 | 122.2 | 120.0 | 50.0 | 23.1 | 55.6 |
| PFPA-설포베타인 PE | 314.3 | 244.4 | 316.7 | 262.5 | 250.0 | 144.4 |
| 비처리된 PP/PE/PP | 30.0 | 126.7 | 118.2 | 55.6 | 12.5 | 25.0 |
| PFPA-설포베타인 PP/PE/PP | 162.5 | 206.7 | 242.9 | 190.0 | 114.3 | 100.0 |
상업용 대 PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터에 대한 전해질 업테이크 값.전해질 업테이크 값은 상이한 전해질을 갖는 세퍼레이터 샘플의 습윤성을 기재한다.
전기화학 특성
폴리올레핀 세퍼레이터로의 PFPA-설포베타인의 도입의 효과의 추가의 평가는 전기화학 임피던스 분광법(EIS)에 의해 수행되었다. 스테인리스 강 집전체(SS), 전해질 및 대조군 및 변성된 세퍼레이터로 이루어진 전지는 어셈블링되고, AC 임피던스 시험으로 처리되었다(도 5). 이 실험에 사용된 전해질은 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6 및 γ-뷰티로락톤(Gbl) 중의 1.0M LiBF4였다. 이온 전도도 값은 전지의 벌크 저항(Rs)을 이용하여 각각의 전지에 대해 결정되었다. 이온 전도도는 2개의 스테인리스 강 전극(1.4㎝ 직경) 사이에 세퍼레이터를 샌드위칭함으로써 측정되었다. 세퍼레이터는 전지 어셈블리 전에 아르곤 분위기 글로브박스에서 적절한 전해질에 의해 침지되었다. 이온 전도도는 100Hz 내지 1.0MHz의 주파수 범위에서 Bio-Logic VMP3 퍼텐쇼스탯을 사용하여 AC 임피던스 분석에 의해 측정된 벌크 저항을 이용하여 얻어졌다. 이온 전도도 값은 식 2를 이용하여 얻어졌다.
σ = d/(Rs * SA)
(2)
식 중, σ는 이온 전도도를 나타내고, d는 세퍼레이터 두께이고, Rs는 벌크 저항이고, SA는 스테인리스 강 전극의 표면적을 나타낸다. 이온 전도도가 주로 전해질에 의해 결정되는 한편, 동일한 전해질 및 집전체를 갖는 전지의 이온 전도도에서 관찰된 임의의 차이는 세퍼레이터에 기인할 수 있다. 정확한 EIS 데이터는 세퍼레이터의 불충분한 습윤으로 인해 비처리된 삼중층 PP/PE/PP 세퍼레이터에 의해 제작된 전지에 기록될 수 없었다. 높은 주파수에서 관찰된 저항은 벌크 저항(Rs)을 나타낸다.
이온 전도도 값은 식 2를 이용하여 계산되었다. 전해질 업테이크의 증가가 전지의 벌크 저항의 감소 및 더 높은 이온 전도도 값을 발생시킨다고 확인되었다. EC:DMC 중의 1.0M LiPF6인, 사용된 상업용 전해질에 대해, 이온 전도도는 각각 비처리된 단일층 PE, 변성된 단일층 PE 막 및 변성된 삼중층 PP/PE/PP 막에 대해 0.20mS ㎝-1, 0.47mS ㎝-1 및 0.27mS ㎝-1이었다. PFPA-설포베타인 변성된 삼중층 세퍼레이터가 비처리된 PE 단일층 세퍼레이터보다 높은 벌크 저항을 나타내는 한편, 두께의 차이(20㎛와 비교된 12㎛)는 더 높은 이온 전도도를 보유하는 PFPA-설포베타인 전지를 생성시켰다. Gbl 중의 1.0M LiBF4인, 사용된 고급 안전성 전해질에 대해, 이온 전도도는 각각 비처리된 단일층 PE, 변성된 단일층 PE 막, 및 변성된 삼중층 PP/PE/PP 막에 대해 0.11mS ㎝-1, 0.42mS ㎝-1 및 0.21mS ㎝-1 이었다. 증가된 이온 전도도 값은 소분자 PFPA-설포베타인 코팅이 막에 상당한 두께를 부가하지 않는다는 것을 고려하여 특히 주목할만하다. 대개, 세퍼레이터의 작용기화로 인한 이온 전도도 값의 보고된 증가는 부분적으로 코팅 층에 의해 생성된 부가돤 두께로 인한다.
배터리 성능
2032 코인 셀은 8-Channel Battery Analyzer(MTI Corp)에서 시험되었다. 대조군 및 변성된 세퍼레이터를 함유하는 NMC/흑연 전지에 대해, 전지는 기재된 정전류에서 4.5 내지 3.2V로부터 사이클링되었다. 사이클링 후 AC 임피던스 분석은 0.1Hz 내지 1.0MHz의 주파수 범위에서 Bio-Logic VMP3 퍼텐쇼스탯을 사용하여 수행되었다.
흑연 애노드, NMC 캐소드, 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6 및 세퍼레이터에 의해 어셈블링된 풀 전지의 AC 임피던스 스펙트럼을 분석하였다. 도 6에 도시된 바대로, 나이퀴스트 선도는 높은 주파수 범위에서의 하나의 반원 및 중간 내지 낮은 주파수 범위에서의 선으로 이루어진다. 전지의 벌크 저항(Rb)은 x축 절편에 의해 표시된다. 변성된 세퍼레이터를 함유하는 전지는 전해질의 증대된 이온 전도도로 인해 더 낮은 벌크 저항 값을 갖는다. 높은 주파수 범위에 존재하는 반원은 전극-전해질 계면에서의 리튬 이온 이동으로 인한 저항(RInt)을 나타낸다. 변성된 세퍼레이터를 갖는 전지는 비처리된 PE 세퍼레이터를 함유하는 전지보다 약간 더 작은 반경을 갖는 반원을 나타내어서, PFPA-설포베타인 변성이 전극-전해질 계면에 영향을 미친다는 것을 제안한다. 낮아진 Rb 및 RInt 값은 PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터에 의해 제작된 전지에서 더 빠른 이온 확산 및 더 효율적인 방전 반응이 가능하게 한다.
변성된 세퍼레이터에 의해 구성된 LiB 전지의 성능은 전류 밀도의 범위에 걸쳐 갈바노탁틱 측정에 의해 규명되었다(도 7). 흑연 애노드, NMC 캐소드 및 1:1 EC:DMC 중의 1.0M LiPF6을 함유하는 코인 셀은 각각 11회 사이클 동안 C/5, C/2, 1C의 속도에서 그리고 다시 C/2에서 사이클링되었다. 3개의 전지는 세퍼레이터의 각각의 유형(비처리된 PE, PFPA-설포베타인 PE 및 PFPA-설포베타인 PP/PE/PP)에 의해 제작되고, 각각의 사이클 동안 방전 커패시티는 평균이 되었다. PFPA-변성된 PE 세퍼레이터를 갖는 전지 및 비처리된 PE 세퍼레이터를 갖는 전지의 평균 초기 방전 커패시티는 각각 178.9±4.2mAh g-1 및 161.9±7.9mAh g-1이었다. 높은 커패시티는 변성된 세퍼레이터를 함유하는 전지에서 개선된 전해질 보유 및 증가된 이온 전도도 값에 기인할 수 있다. 변성된 세퍼레이터를 갖는 전지가 낮은 전류(C/5)에서 얻은 초기 커패시티의 81.3%를 보유하는 한편, 비처리된 세퍼레이터를 갖는 전지가 낮은 전류에서 얻은 초기 커패시티의 불과 72.3%를 보유하므로, 더 높은 전류(1C)에 개선된 커패시티 보유는 또한 유의미하다. 삼중층 세퍼레이터를 갖는 전지의 성능은 또한 주목할만하다. 삼중층 세퍼레이터는 상업용 LiB에서 점점 더 대중적이 되고 있다. 그러나, 이 세퍼레이터는 더 높은 저항 및 이온 확산의 더 큰 방해를 겪는다. 따라서, 삼중층 세퍼레이터의 높은 저항의 이동에 관심이 크다. 비처리된 삼중층-세퍼레이터는 DMC 함유 전해질에 의해 충분히 습윤되고, 이에 따라 전지는 비기능적이고 사이클링 데이터가 얻어지지 않았다. 그러나, 변성된 삼중층 세퍼레이터는, 높은 전류(1C)에서 사이클링될 때, 169.9±8.1mAh g-1의 평균 초기 커패시티 및 초기 커패시티의 69.1% 보유를 갖는 단일층 세퍼레이터에 의해 제조된 전지에 필적하는 양호한 사이클링 능력을 나타낸다. 평균 쿨롱 효율은 각각 비처리된 PE 세퍼레이터, PFPA-설포베타인 변성된 PE 세퍼레이터 및 PFPA-설포베타인 변성된 PP/PE/PP 세퍼레이터를 함유하는 전지에 대해 98.75%, 99.14% 및 98.67%이었다.
사이클링 시험 이후에, 전지의 AC 임피던스 스펙트럼은 도 8에 도시된 바대로 사이클링 성능 및 방전 커패시티에 대한 PFPA-설포베타인 변성된 세퍼레이터의 효과를 추가로 설명하기 위해 다시 분석되었다. 이 경우에, 스펙트럼은 중간 내지 높은 주파수 범위에서의 2개의 중첩하는 반원 및 낮은 주파수 범위에서의 기울어진 선으로 이루어진다. 높은 주파수 범위에 존재하는 반원(RSEI)은 고체-전해질 계면(SEI)이라 흔히 공지된 전극에 존재하는 표면 필름을 통한 Li-이온 이동에 대한 저항을 나타낸다. 중간 주파수 범위에 존재하는 반원(Rct)은 전극과 전해질 사이의 전하 이동 저항을 기재한다. PFPA-설포베타인 PE 세퍼레이터를 함유하는 전지는 유의미하게 더 낮은 RSEI를 나타내어서, PFPA-설포베타인 분자가, 비처리된 PE 세퍼레이터를 함유하는 전지와 비교하여 초기 방전 커패시티의 증가에 기여하는, 이 전지에서 형성된 SEI에 영향을 미칠 수 있다는 것을 제안한다. 단일층 및 삼중층 세퍼레이터의 두께의 차이를 고려하면, PFPA-설포베타인 변성이 전지 성능을 증대시킨다는 것이 명확하다.
실시예 3. PFPA-쌍성이온 변성된 세퍼레이터의 제조
백색 분말의 형태의 PFPA-쌍성이온을 2mMol의 농도로 (50/50 v/v 비율에서의) 물 및 에탄올의 용매 혼합물 중에 용해시켰다. 용액을 물/에탄올 용매 혼합물 중의 PFPA-쌍성이온 화합물의 완전한 용매화를 달성하도록 500rpm으로 설정된 교반 플레이트에서 교반하였다.
폴리에틸렌 막 세퍼레이터를 PFPA-쌍성이온 용액 중에 액침시켰다. 막 세퍼레이터의 모든 제곱 센티미터에 대해, 설정된 양의 PFPA-쌍성이온 용액을 사용하였다. 이후, 용액 및 액침된 막 세퍼레이터를 약 45 내지 60℃의 온도로 가열하고, 1시간 동안 침지되게 하였다.
1시간 침지 기간 후, PFPA-쌍성이온 용액 중에 액침된 채 있으면서, 막 세퍼레이터를 적어도 900㎼/㎠의 세기에서 5분 동안 양측에서 254㎚ UV 광에 노출시켰다. UV 노출은 폴리에틸렌 막 세퍼레이터의 광화학 변성을 개시시켰다. 광활성화된 변성의 도식은 하기 도시되어 있다(반응식 1). PFPA-쌍성이온 용액은 UV 광에 노출되면서 완전히 깨끗한 액체로부터 약간 황색으로 변했다.
변성된 폴리에틸렌 세퍼레이터는 용액으로부터 제거되고, 원래의 변성 배스와 동일한 용적 및 조성의 물 및 에탄올의 깨끗한 혼합물에 의해 2x 세척되었다. 이후, 변성된 막 세퍼레이터는 깨끗한 용매 혼합물 중에 액침되고, 5분 동안 음파처리되었다. 이후, 막 세퍼레이터는 제거되고 24시간 동안 진공 하에 건조되었다. 변성된 막 세퍼레이터는 대조군과 비교할 때 약간 오렌지로 보인다(도 9).
실시예 3. 변성된 막 세퍼레이터의 전해질 업테이크
도 10은 대조군과 비교된 또 다른 예시적인 변성된 막 세퍼레이터의 시차 주사 열량계(DSC) 온도기록도를 보여준다. 각각의 융점은 3개의 샘플에 기초하여 생성되었다. 대조군(Targray)은 135.1℃의 융점을 보여주고, 예시적인 PFPA-쌍성이온 변성된 막 세퍼레이터는 139.9℃의 융점을 보여준다.
도 11은 상이한 온도에 기초한 전해질 업테이크를 보여준다. 4개의 상이한 세퍼레이터는 1:1 에틸렌 카보네이트:프로필렌 카보네이트의 전해질 용액 중에 개별적으로 액침되었다. 샘플 1은 비처리된 대조군(Targray)이다. 샘플 2는 UV 노출 없이 50℃에서 PFPA-쌍성이온 용액 중에 액침된 처리된 세퍼레이터를 보여준다. 샘플 3은 5분 동안 UV 노출 처리에 의해 25℃에서 PFPA-쌍성이온 용액 중에 액침된 처리된 세퍼레이터를 보여준다. 샘플 4는 1분 동안 UV 노출 처리에 의해 50℃에서 PFPA-쌍성이온 용액 중에 액침된 처리된 세퍼레이터를 보여준다. 샘플 5는 5분 동안 UV 노출 처리에 의해 50℃에서 PFPA-쌍성이온 용액 중에 액침된 처리된 세퍼레이터를 보여준다.
표 3은 전해질 업테이크 백분율을 보여준다. 폴리에틸렌 막 세퍼레이터 샘플은 리튬 이온 배터리 전해질 용매 중에 침지된 1시간의 기간 전에 및 후에 칭량되었다. 업테이크 백분율은 (Wf-Wo)/Wo로부터 계산되었다. EC = 에틸렌 카보네이트, PC = 프로필렌 카보네이트, DMSN =다이메틸 설폰.
[표 3]
도 12a 및 도 12b 및 표 4는 대조군과 비교된 예시적인 변성된 막의 접촉각을 보여준다. 도 12a는 대조군에 대한 104.77°의 접촉각을 보여준다. 도 12b는 변성된 막에 대한 74.23°의 접촉각을 보여준다.
| 막 세퍼레이터 대조군 | 변성된 막 세퍼레이터 | |
| 액적 1 | 99.57 | 71.1 |
| 액적 2 | 105.36 | 69.49 |
| 액적 3 | 106.71 | 73.66 |
| 액적 4 | 104.35 | 71.95 |
| 액적 5 | 102.78 | 90.45 |
| 액적 6 | 96.93 | 64.15 |
| 액적 7 | 105.91 | 79.17 |
| 액적 8 | 103.19 | 76.59 |
| 액적 9 | 108 | 76.61 |
| 액적 10 | 102.72 | 72.01 |
| 액적 11 | 108.8 | 77.4 |
| 액적 12 | 110.49 | 74.28 |
| 평균 | 104.5675 | 74.7383 |
| 평균 (최고 판독 및 최저 판독 제외) |
104.77375 | 74.226 |
도 13은 다양한 막 세퍼레이터의 스펙트럼에 오버레이된 PFPA-쌍성이온 화합물의 솔리드 스테이트 IR 스펙트럼을 보여준다. 황색 선은 PFPA-쌍성이온 파우더에 의해 완전히 변성된 막 세퍼레이터를 나타낸다. 오직 변성된 막 세퍼레이터만 PFPA-쌍성이온 스펙트럼에서 발견된 것과 유사한 피크를 나타냈다. 이것은 1170㎝-에서의 피크에서 가장 유의미하다. PFPA-쌍성이온 스펙트럼에서 2150 및 1640㎝-의 주요 피크는 N3 작용기로 인한다. 이 피크는 반응식 1에 도시된 코팅의 UV 활성화의 화학 성질로 인해 변성된 막 세퍼레이터에서는 명확하지 않았다. 도 14는 막 세퍼레이터의 슈퍼커패시터 전기화학 임피던스 스펙트럼을 보여준다. 몇몇 경우에, 반원의 직경은 Li 전극과 전해질 침지된 세퍼레이터 사이의 저항을 나타낸다. 몇몇 경우에, 더 적은 저항은 이온이 상업용 막 세퍼레이터보다 변성된 세퍼레이터를 통해 더 흐를 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 4. PFPA-쌍성이온 변성된 세퍼레이터를 제조하는 "롤-대-롤" 방법
도 15는 PFPA-쌍성이온 변성된 세퍼레이터를 제조하는 "롤-대-롤" 방법을 예시하고, 여기서 세퍼레이터는 (예를 들어, 701 내지 704로부터) 하나의 스테이션으로부터 다음의 스테이션으로 "롤링"되었다. 간단히, 건조 세퍼레이터 필름은 약 5초 동안 순수한 에탄올의 용액 중에 침지되어서 세퍼레이터를 습윤시켰다(701). 이후, 세퍼레이터를 PFPA-쌍성이온 및 물을 에탄올과 교환시키도록 순수한 물 중에 용해된 약 5mM PFPA-쌍성이온을 포함하는 용액과 인큐베이팅하였다(702). 다음에, PFPA-쌍성이온 및 물 용매에 의해 팽윤된 세퍼레이터를 약 30초 동안 UV 광(약 254㎚)에 노출시켰다(703). UV 처리된 세퍼레이터를 이후 세척하고, 704에서 물/에탄올 욕(50:50 v/v)에서 음파처리하였다. 음파처리 후, 세퍼레이터를 진공 건조시켰다. 이 시스템은 상업용 세퍼레이터의 지속적인 변성을 허용하여서, 적은 비용으로 상온 하에 몇 미터가 제조되게 한다.
실시예 5. 나트륨 4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로벤조에이트 변성된 세퍼레이터(sodium 4-azido-2,3,5,6-tetrafluorobenzoate modified separator)의 제조
백색 분말의 형태의 나트륨 4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로벤조에이트를 2mMol의 농도로 (50/50 v/v 비율에서의) 물 및 에탄올의 용매 혼합물 중에 용해시켰다. 용액을 물/에탄올 용매 혼합물 중의 나트륨 4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로벤조에이트의 완전한 용매화를 달성하도록 500rpm으로 설정된 교반 플레이트에서 교반하였다.
폴리에틸렌 막 세퍼레이터를 나트륨 4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로벤조에이트 용액 중에 액침시켰다. 막 세퍼레이터의 모든 제곱 센티미터에 대해, 설정된 양의 나트륨 4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로벤조에이트 용액을 사용하였다. 이후, 용액 및 액침된 막 세퍼레이터를 약 45 내지 60℃의 온도로 가열하고, 1시간 동안 침지되게 하였다.
1시간 침지 기간 후, 나트륨 4-아지도-2,3,5,6-테트라플루오로벤조에이트 용액 중에 액침된 채 있으면서, 막 세퍼레이터를 적어도 900㎼/㎠의 세기에서 5분 동안 양측에서 254㎚ UV 광에 노출시켰다. UV 노출은 폴리에틸렌 막 세퍼레이터의 광화학 변성을 개시시켰다.
변성된 폴리에틸렌 세퍼레이터는 용액으로부터 제거되고, 원래의 변성 배스와 동일한 용적 및 조성의 물 및 에탄올의 깨끗한 혼합물에 의해 2x 세척되었다. 이후, 변성된 막 세퍼레이터는 깨끗한 용매 혼합물 중에 액침되고, 5분 동안 음파처리되었다. 이후, 막 세퍼레이터는 제거되고 24시간 동안 진공 하에 건조되었다.
본 개시내용의 바람직한 실시형태가 본 명세서에 도시되고 기재되어 있지만, 이러한 실시형태가 오직 예에 의해 제공된다는 것이 당업자에게 명확할 것이다. 많은 변성, 변경 및 치환이 본 개시내용으로부터 벗어나지 않으면서 당업자에게 이제 생길 것이다. 본 명세서에 기재된 개시내용의 실시형태에 대한 다양한 대안이 본 개시내용을 실행하는 데 이용될 수 있다고 이해되어야 한다. 하기 청구항이 본 개시내용의 범위를 한정하고, 이 청구항 내의 방법 및 구조 및 이의 균등물이 이로써 포괄된다고 이해된다.
추가적인 실시형태
실시형태 1은 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함하는 에너지 제공 장치이다.
실시형태 2는, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물을 포함하고, 단, 화합물은 하전되거나 쌍성이온성인, 실시형태 1의 에너지 제공 장치이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고;
Q는 화학식 
로 표시된 구조이고:
Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고;
R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고;
R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고;
R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고;
R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 3은, 화합물이
실시형태 4는, 화합물이
실시형태 5는, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 2 내지 4 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다:
실시형태 6은, 화합물이
실시형태 7은, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 2의 에너지 제공 장치이다:
또는 
.
실시형태 8은, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 -F인, 실시형태 6 또는 7의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 9는, Q가
실시형태 10은, Q가
실시형태 11은, Z가 -CR6aR6b-인, 실시형태 2 내지 8 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 12는, R6a 및 R6b가 각각 수소인, 실시형태 11의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 13은, m이 0, 1, 2 또는 3인, 실시형태 2 내지 8 및 11 내지 12 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 14는, m이 0인, 실시형태 13의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 15는, R5a가 -NR10aR10b R10c+이고; R5b가 수소이고; R5c가 수소인, 실시형태 2 내지 8 및 11 내지 14 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 16은, 화합물이 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는, 실시형태 2의 에너지 제공 장치이다:
실시형태 17은, 화합물이 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는, 실시형태 2의 에너지 제공 장치이다:
실시형태 18은, R10c가 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H인, 실시형태 16 또는 17의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 19는, R10c가 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H인, 실시형태 16 내지 18 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 20은, R10a 및 R10b가 각각 C1-C4알킬인, 실시형태 16 내지 19의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 21은, R10a 및 R10b가 각각 메틸인, 실시형태 20의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 22는, R3이 수소인, 실시형태 16 내지 21 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 23은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 16의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 24는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 16의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 25는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 10의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 26은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 17의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 27은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 17의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 28은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 10의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 29는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 2의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 30은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 2의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 31은, 기판이 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 1 또는 2의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 32는, 세퍼레이터가 폴리머계 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 31의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 33은, 폴리머계 세퍼레이터가 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 32의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 34는, 폴리올레핀 세퍼레이터가 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 33의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 35는, 세퍼레이터가 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함하는, 실시형태 31 내지 34 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 36은, 기판이 화학식 I의 구조를 갖는 화합물과 결합할 수 있는 모이어티를 함유하는 탄소계 기판을 포함하는, 실시형태 1 또는 2의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 37은, 탄소계 기판이 폴리머 모이어티를 포함하는, 실시형태 36의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 38은, 탄소계 기판이 폴리올레핀 모이어티를 포함하는, 실시형태 37의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 39는, 폴리올레핀 모이어티가 폴리에틸렌(PE) 모이어티, 폴리프로필렌(PP) 모이어티, 폴리아마이드(PA) 모이어티, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 모이어티, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 모이어티 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 모이어티를 포함하는, 실시형태 38의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 40은, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판에 배치된 전해질을 추가로 포함하는, 실시형태 1 또는 2의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 41은, 전해질이 극성 전해질인, 실시형태 40의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 42는, 전해질이 카보네이트계 전해질을 포함하는, 실시형태 40 또는 41의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 43은, 전해질이 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트를 포함하는, 실시형태 40 내지 42 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 44는, 전해질이 수성 전해질인, 실시형태 40 내지 43 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 45는, 전극을 추가로 포함하는, 실시형태 1 또는 2의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 46은, 전극이 탄소계 전극인, 실시형태 45의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 47은, 탄소계 전극이 탄소계 기판인, 실시형태 46의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 48은, 그래핀계 전극이 다공성 그래핀 매트릭스를 포함하는, 실시형태 46 또는 47의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 49는, 다공성 그래핀 매트릭스가 그래핀 시트의 단일 또는 다중 층의 3차원 끼워넣기 네트워크를 포함하는, 실시형태 48의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 50은, 그래핀계 전극이 파형 탄소-탄소 네트워크를 포함하는, 실시형태 48 또는 49의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 51은, 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이 파형 탄소-탄소 네트워크에 추가로 디포짓된, 실시형태 48 내지 50 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 52는, 전극이 애노드인, 실시형태 45의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 53은, 전극이 캐소드인, 실시형태 45의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 54는, 에너지 제공 장치가 배터리, 슈퍼커패시터 또는 연료 전지를 포함하는, 실시형태 1 내지 53 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 55는, 에너지 제공 장치가 배터리인, 실시형태 1 내지 54 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 56은, 배터리가 1차 전지 또는 2차 전지를 포함하는, 실시형태 55의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 57은, 배터리가 납산 전지, NiCad 전지, NiMH 전지, NaNiCl 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 철 전지, 니켈 아연 전지, 산화은, 니켈 수소 또는 리튬 폴리머 전지를 포함하는, 실시형태 55 또는 56의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 58은, 배터리가 앰플 배터리, 플로우 배터리 또는 물 활성화 배터리를 포함하는, 실시형태 55 내지 57 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 59는, 에너지 제공 장치가 슈퍼커패시터인, 실시형태 1 내지 54 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 60은, 슈퍼커패시터가 전기화학 이중-층 커패시터(EDLC), 슈도커패시터 또는 하이브리드 슈퍼커패시터를 포함하는, 실시형태 59의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 61은, 에너지 제공 장치가 연료 전지인, 실시형태 1 내지 54 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 62는, 에너지 제공 장치가 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 더 낮은 내부 저항을 갖는, 실시형태 1 내지 61 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 63은, 에너지 제공 장치가 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 증가된 전해질 업테이크를 갖는, 실시형태 1 내지 62 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 64는, 에너지 제공 장치가 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 증가된 전하 이동을 갖는, 실시형태 1 내지 63 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 65는, 전하 이동이 애노드와 캐소드 사이인, 실시형태 64의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 66은, 전하 이동이 전극과 전해질 사이인, 실시형태 64의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 67은, 에너지 제공 장치가 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 없는 균등한 에너지 제공 장치에 비해 증가된 전기용량을 갖는, 실시형태 1 내지 66 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
에너지 제공 장치로서,
과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 전해질을 포함하고, 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물은 하기 화학식 I의 구조를 갖고, 단, 상기 화합물은 하전되거나 쌍성이온성인, 에너지 제공 장치:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고;
Q는 화학식 
로 표시된 구조이고;
Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고;
R1a 및 R1b는 각각 할로겐이고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고;
R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 -, 및 -CO2R11로부터 선택되고;
R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고;
R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고;
R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 69는, 화합물이
실시형태 70은, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 68 또는 69의 에너지 제공 장치이다:
실시형태 71은, 화합물이
*실시형태 72는, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 68의 에너지 제공 장치이다:
또는 
.
실시형태 73은, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 -F인, 실시형태 71 또는 72의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 74는, Q가
실시형태 75는, Q가
실시형태 76은, Z가 -CR6aR6b-인, 실시형태 68 내지 73 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 77은, R6a 및 R6b가 각각 수소인, 실시형태 76의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 78은, m이 0, 1, 2 또는 3인, 실시형태 68 내지 73 및 76 내지 77 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 79는, m이 0인, 실시형태 78의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 80은, R5a가 -NR10aR10b R10c+이고; R5b가 수소이고; R5c가 수소인, 실시형태 68 내지 73 및 76 내지 79 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 81은, 화합물이 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는, 실시형태 68의 에너지 제공 장치이다:
실시형태 82는, 화합물이 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는, 실시형태 68의 에너지 제공 장치이다:
실시형태 83은, R10c가 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H인, 실시형태 81 또는 82의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 84는, R10c가 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H인, 실시형태 81 내지 83 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 85는, R10a 및 R10b가 각각 C1-C4알킬인, 실시형태 81 내지 84 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 86은, R10a 및 R10b가 각각 메틸인, 실시형태 85의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 87은, R3이 수소인, 실시형태 81 내지 86 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 88은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 81의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 89는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 81의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 90은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 75의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 91은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 82의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 92는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 82의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 93은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 75의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 94는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 68의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 95는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 68의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 96은, 전해질이 극성 전해질인, 실시형태 68의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 97은, 전해질이 카보네이트계 전해질을 포함하는, 실시형태 68 또는 96의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 98은, 전해질이 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트를 포함하는, 실시형태 68, 96 또는 97 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 99는, 전해질이 수성 전해질인, 실시형태 68 또는 96 내지 98 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 100은, 에너지 제공 장치가 세퍼레이터 및 전극을 추가로 포함하는, 실시형태 68의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 101은, 세퍼레이터가 폴리머계 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 100의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 102는, 폴리머계 세퍼레이터가 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 101의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 103은, 폴리올레핀 세퍼레이터가 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 102의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 104는, 세퍼레이터가 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함하는, 실시형태 100 내지 101 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 105는, 전극이 탄소계 전극인, 실시형태 100의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 106은, 탄소계 전극이 그래핀계 전극인, 실시형태 105의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 107은, 그래핀계 전극이 다공성 그래핀 매트릭스를 포함하는, 실시형태 106의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 108은, 다공성 그래핀 매트릭스가 그래핀 시트의 단일 또는 다중 층의 3차원 끼워넣기 네트워크를 포함하는, 실시형태 107의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 109는, 그래핀계 전극이 파형 탄소-탄소 네트워크를 포함하는, 실시형태 107 또는 108의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 110은, 전해질이 파형 탄소-탄소 네트워크에 추가로 디포짓된 과할로겐화 페닐 아자이드 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는, 실시형태 109의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 111은, 전극이 애노드인, 실시형태 100의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 112는, 전극이 캐소드인, 실시형태 100의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 113은, 에너지 제공 장치가 배터리, 슈퍼커패시터 또는 연료 전지를 포함하는, 실시형태 68 내지 112 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 114는, 에너지 제공 장치가 배터리인, 실시형태 68 내지 113 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 115는, 배터리가 1차 전지 또는 2차 전지를 포함하는, 실시형태 113 또는 114의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 116은, 배터리가 납산 전지, NiCad 전지, NiMH 전지, NaNiCl 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 철 전지, 니켈 아연 전지, 산화은, 니켈 수소 또는 리튬 폴리머 전지를 포함하는, 실시형태 113 내지 115 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 117은, 배터리가 앰플 배터리, 플로우 배터리 또는 물 활성화 배터리를 포함하는, 실시형태 113 내지 116 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 118은, 에너지 제공 장치가 슈퍼커패시터인, 실시형태 68 내지 113 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 119는, 슈퍼커패시터가 전기화학 이중-층 커패시터(EDLC), 슈도커패시터 또는 하이브리드 슈퍼커패시터를 포함하는, 실시형태 118의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 120은, 에너지 제공 장치가 연료 전지인, 실시형태 68 내지 113 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 121은, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 제조하는 방법으로서,
a) 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 용액과 적어도 40분 동안 인큐베이팅하는 단계; 및
b) 단계 a)의 처리된 기판을 적어도 1분 동안 광원 하에 노출시켜서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 생성하는 단계를 포함하는, 방법이다.
실시형태 122는, 단계 a)의 인큐베이팅이 적어도 45분, 적어도 50분, 적어도 55분, 적어도 60분, 적어도 65분, 적어도 70분, 적어도 80분, 적어도 90분 또는 적어도 120분 동안인, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 123은, 단계 a)의 인큐베이팅이 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 45℃ 내지 80℃, 45℃ 내지 70℃, 45℃ 내지 65℃, 45℃ 내지 60℃, 45℃ 내지 55℃, 45℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 80℃, 50℃ 내지 70℃, 50℃ 내지 60℃, 55℃ 내지 80℃, 55℃ 내지 70℃, 55℃ 내지 60℃, 60℃ 내지 80℃ 또는 60℃ 내지 70℃의 온도에서 가열시키는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 124는, 단계 a)의 인큐베이팅이 기판을 하전된 또는 쌍성이온 화합물과 적어도 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃ 또는 80℃의 온도에서 가열시키는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 125는, 광원 하에 단계 b)의 노출이 적어도 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안인, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 126은, 광원이 자외선 광원인, 실시형태 121 또는 125의 방법이다.
실시형태 127은, 자외선 광원이 적어도 900㎼/㎠의 세기를 갖는, 실시형태 126의 방법이다.
실시형태 128은, 자외선 광원이 240㎚ 내지 280㎚, 240㎚ 내지 275㎚, 240㎚ 내지 270㎚, 240㎚ 내지 265㎚, 240㎚ 내지 260㎚, 240㎚ 내지 255㎚, 240㎚ 내지 250㎚, 240㎚ 내지 245㎚, 250㎚ 내지 280㎚, 250㎚ 내지 275㎚, 250㎚ 내지 270㎚, 250㎚ 내지 265㎚, 250㎚ 내지 260㎚, 255㎚ 내지 280㎚, 255㎚ 내지 275㎚, 255㎚ 내지 270㎚, 255㎚ 내지 265㎚, 255㎚ 내지 260㎚, 260㎚ 내지 280㎚, 260㎚ 내지 275㎚, 260㎚ 내지 270㎚ 또는 270㎚ 내지 280㎚의 파장을 갖는, 실시형태 126 또는 127의 방법이다.
실시형태 129는, 자외선 광원이 적어도 240㎚, 245㎚, 250㎚, 251㎚, 252㎚, 253㎚, 254㎚, 255㎚, 256㎚, 257㎚, 258㎚, 259㎚, 260㎚, 261㎚, 262㎚, 263㎚, 264㎚, 265㎚, 266㎚, 267㎚, 268㎚, 269㎚, 270㎚, 275㎚ 또는 280㎚의 파장을 갖는, 실시형태 126 또는 127의 방법이다.
실시형태 130은, 단계 a)의 용액이 제1 물-알코올 용액인, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 131은, 제1 물-알코올 용액이 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함하는, 실시형태 130의 방법이다.
실시형태 132는, 알코올이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올 또는 사이클로헥산올을 포함하는, 실시형태 131의 방법이다.
실시형태 133은, 하전된 또는 쌍성이온 화합물이 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이고, 단, 상기 화합물은 하전되거나 쌍성이온성인, 실시형태 121의 방법이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고;
Q는 화학식 
로 표시된 구조이고;
Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고;
R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고;
R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고;
R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고;
R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 134는, 화합물이
실시형태 135는, 화합물이
실시형태 136은, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 133 내지 135 중 어느 하나의 방법이다:
실시형태 137은, 화합물이
실시형태 138은, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 133의 방법이다:
또는 
.
실시형태 139는, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 -F인, 실시형태 137 또는 138의 방법이다.
실시형태 140은, Q가
실시형태 141은, Q가
실시형태 142는, Z가 -CR6aR6b-인, 실시형태 133 내지 139 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 143은, R6a 및 R6b가 각각 수소인, 실시형태 142의 방법이다.
실시형태 144는, m이 0, 1, 2 또는 3인, 실시형태 133 내지 139 및 142 내지 143 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 145는, m이 0인, 실시형태 144의 방법이다.
실시형태 146은, R5a가 -NR10aR10b R10c+이고; R5b가 수소이고; R5c가 수소인, 실시형태 133 내지 127 및 142 내지 144 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 147은, 화합물이 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는, 실시형태 133의 방법이다:
실시형태 148은, 화합물이 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는, 실시형태 133의 방법이다:
*
.
실시형태 149는, R10c가 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H인, 실시형태 147 또는 148의 방법이다.
실시형태 150은, R10c가 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H인, 실시형태 147 내지 149 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 151은, R10a 및 R10b가 각각 C1-C4알킬인, 실시형태 147 내지 150 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 152는, R10a 및 R10b가 각각 메틸인, 실시형태 151의 방법이다.
실시형태 153은, R3이 수소인, 실시형태 147 내지 152 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 154는, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 147의 방법이다.
실시형태 155는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 147의 방법이다.
실시형태 156은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 141의 방법이다.
*실시형태 157은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 148의 방법이다.
실시형태 158은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 148의 방법이다.
실시형태 159는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 141의 방법이다.
실시형태 160은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 133의 방법이다.
실시형태 161은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 133의 방법이다.
실시형태 162는, 용액 중의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도가 1mM 내지 10mM, 1mM 내지 9mM, 1mM 내지 8mM, 1mM 내지 7mM, 1mM 내지 6mM, 1mM 내지 5mM, 1mM 내지 4mM, 1mM 내지 3mM, 1mM 내지 2mM, 1.5mM 내지 10mM, 1.5mM 내지 9mM, 1.5mM 내지 8mM, 1.5mM 내지 7mM, 1.5mM 내지 6mM, 1.5mM 내지 5mM, 1.5mM 내지 4mM, 1.5mM 내지 3mM, 1.5mM 내지 2mM, 2mM 내지 10mM, 2mM 내지 9mM, 2mM 내지 8mM, 2mM 내지 7mM, 2mM 내지 6mM, 2mM 내지 5mM, 2mM 내지 4mM, 2mM 내지 3mM, 3mM 내지 10mM, 3mM 내지 8mM, 3mM 내지 6mM, 4mM 내지 10mM, 4mM 내지 8mM, 4mM 내지 6mM, 5mM 내지 10mM, 5mM 내지 8mM, 6mM 내지 10mM 또는 8mM 내지 10mM인, 실시형태 121 또는 실시형태 133 내지 161 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 163은, 용액 중의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도가 약 1mM, 1.1mM, 1.2mM, 1.3mM, 1.4mM, 1.5mM, 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, 2mM, 2.1mM, 2.2mM, 2.3mM, 2.4mM, 2.5mM, 2.6mM, 2.7mM, 2.8mM, 2.9mM, 3mM, 3.5mM, 4mM, 4.5mM, 5mM, 6mM, 7mM, 8mM, 9mM 또는 10mM인, 실시형태 121 또는 실시형태 133 내지 161 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 164는, 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도가 기판의 1제곱 센티미터당 0.1 내지 1㎖인, 실시형태 162 또는 163의 방법이다.
실시형태 165는, 광원에 의한 노출 후 제2 물-알코올 용액 중의 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 인큐베이팅하는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 121 또는 실시형태 133 내지 161 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 166은, 제2 물-알코올 용액이 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90의 물 대 알코올 비율을 포함하는, 실시형태 165의 방법이다.
실시형태 167은, 알코올이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올 또는 사이클로헥산올을 포함하는, 실시형태 166의 방법이다.
실시형태 168은, 제2 물-알코올 용액 중의 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 음파처리하는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 165의 방법이다.
실시형태 169는, 음파처리가 적어도 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안인, 실시형태 168의 방법이다.
실시형태 170은, 제2 물-알코올 용액 중의 인큐베이팅 후 진공 하에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 건조시키는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 165의 방법이다.
실시형태 171은, 쌍성이온 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 172는, 하전된 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 173은, 하전된 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 174는, 쌍성이온 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 175는, 하전된 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 176은, 하전된 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 177은, 하전된 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 178은, 하전된 화합물이 
를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 179는, 기판이 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 180은, 세퍼레이터가 폴리머계 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 179의 방법이다.
실시형태 181은, 폴리머계 세퍼레이터가 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 180의 방법이다.
실시형태 182는, 폴리올레핀 세퍼레이터가 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 181의 방법이다.
실시형태 183은, 세퍼레이터가 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함하는, 실시형태 179 내지 182 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 184는, 기판이 화학식 I의 퍼플루오로페닐아자이드-쌍성이온 유도체와 결합할 수 있는 모이어티를 함유하는 탄소계 기판을 포함하는, 실시형태 121의 방법이다.
실시형태 185는, 탄소계 기판이 폴리머 모이어티를 포함하는, 실시형태 184의 방법이다.
실시형태 186은, 탄소계 기판이 폴리올레핀 모이어티를 포함하는, 실시형태 185의 방법이다.
실시형태 187은, 폴리올레핀 모이어티가 폴리에틸렌(PE) 모이어티, 폴리프로필렌(PP) 모이어티, 폴리아마이드(PA) 모이어티, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 모이어티, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 모이어티 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 모이어티를 포함하는, 실시형태 186의 방법이다.
실시형태 188은 하기 화학식 IIa의 구조를 갖는 하전된 또는 쌍성이온성 화합물이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a 및 R10b는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10c는 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 -, 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택된다.
실시형태 189는, A가 -(SO2)-인, 실시형태 188의 화합물이다.
실시형태 190은, A가 -(C=O)-인, 실시형태 188의 화합물이다.
실시형태 191은, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 독립적으로 -Cl 및 -F로부터 선택되는, 실시형태 188 내지 190 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 192는, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 -F인, 실시형태 191의 화합물이다.
실시형태 193은, R3이 수소인, 실시형태 188 내지 192 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 194는, R10a 및 R10b가 각각 메틸인, 실시형태 188 내지 193 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 195는, R10c가 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H인, 실시형태 188 내지 194 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 196은, R10c가 -CH2CH2CH2-SO3 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2 -인, 실시형태 195의 화합물이다.
실시형태 197은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 188의 화합물이다.
실시형태 198은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 188의 화합물이다.
실시형태 199는 하기 화학식 IIa의 구조를 갖는 화합물이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 200은, A가 -(SO2)-인, 실시형태 199의 화합물이다.
실시형태 201은, A가 -(C=O)-인, 실시형태 199의 화합물이다.
실시형태 202는, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 독립적으로 -Cl 및 -F로부터 선택되는, 실시형태 199 내지 201 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 203은, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 -F인, 실시형태 202의 화합물이다.
실시형태 204는, R3이 수소인, 실시형태 199 내지 203 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 205는, R10a, R10b 및 R10c가 각각 메틸인, 실시형태 199 내지 204 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 206은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 199의 화합물이다.
실시형태 207은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 199의 화합물이다.
실시형태 208은 하기 화학식 IIb의 구조를 갖는 화합물이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 209는, A가 -(SO2)-인, 실시형태 208의 화합물이다.
실시형태 210은, A가 -(C=O)-인, 실시형태 208의 화합물이다.
실시형태 211은, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 독립적으로 -Cl 및 -F로부터 선택되는, 실시형태 208 내지 210 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 212는, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 -F인, 실시형태 211의 화합물이다.
실시형태 213은, R3이 수소인, 실시형태 208 내지 212 중 어느 하나의 화합물이다.
실시형태 214는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 208의 화합물이다.
실시형태 215는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 208의 화합물이다.
실시형태 216은 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 제조하는 방법으로서,
a) 기판을 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간 동안 알코올과 접촉시키는 단계;
b) 포화된 기판을 적어도 30초 동안 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 용액과 인큐베이팅하는 단계; 및
c) 단계 b)의 기판을 적어도 30초 동안 광원 하에 노출시켜서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 생성하는 단계를 포함하는, 방법이다.
실시형태 217은, 알코올이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올, 사이클로헥산올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 다이메틸 설폭사이드, 다이메틸폼아마이드, N-메틸피롤리돈, 다이메틸아세트아마이드 또는 다이에틸 카보네이트를 포함하는, 실시형태 216의 방법이다.
실시형태 218은, 알코올이 에탄올인, 실시형태 216 또는 217의 방법이다.
실시형태 219는, 알코올이 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5% 또는 0.05% 미만의 물을 포함하는, 실시형태 216 내지 218 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 220은, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간이 약 2초, 3초, 약 4초, 약 5초, 약 10초, 약 15초, 약 20초 또는 이것 초과인, 실시형태 216 내지 219 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 221은, 단계 b)의 인큐베이팅이 적어도 1분, 적어도 1.5분, 적어도 2분, 적어도 3분, 적어도 4분, 적어도 5분, 적어도 10분, 적어도 15분 또는 적어도 20분 동안인, 실시형태 216의 방법이다.
실시형태 222는, 하전된 또는 쌍성이온 화합물이 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이고, 단, 상기 화합물은 하전되거나 쌍성이온성인, 실시형태 216의 방법이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고;
Q는 화학식 
로 표시된 구조이고;
Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고;
R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고;
R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고;
R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고;
R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 223은, 화합물이
실시형태 224는, 화합물이
실시형태 225는, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 222 내지 224 중 어느 하나의 방법이다:
실시형태 226은, 화합물이
실시형태 227은, 화합물이 하기 구조를 갖는, 실시형태 222의 방법이다:
또는 
.
실시형태 228은, R1a, R1b, R2a 및 R2b가 각각 -F인, 실시형태 226 또는 227의 방법이다.
실시형태 229는, Q가
실시형태 230은, Q가
실시형태 231은, Z가 -CR6aR6b-인, 실시형태 222 내지 228 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 232는, R6a 및 R6b가 각각 수소인, 실시형태 231의 방법이다.
실시형태 233은, m이 0, 1, 2 또는 3인, 실시형태 222 내지 228 및 231 내지 232 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 234는, m이 0인, 실시형태 233의 방법이다.
실시형태 235는, R5a가 -NR10aR10b R10c+이고; R5b가 수소이고; R5c가 수소인, 실시형태 222 내지 228 및 231 내지 234 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 236은, 화합물이 하기 화학식 Ia의 구조를 갖는, 실시형태 222의 방법이다:
실시형태 237은, 화합물이 하기 화학식 Ib의 구조를 갖는, 실시형태 222의 방법이다:
*
.
실시형태 238은, R10c가 -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 또는 -(C1-C8알킬렌)CO2H인, 실시형태 236 또는 237의 방법이다.
실시형태 239는, R10c가 -CH2CH2CH2-SO3 -, -CH2CH2CH2-SO3H, -CH2CH2CH2-CO2 - 또는 -CH2CH2CH2-CO2H인, 실시형태 236 내지 238 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 240은, R10a 및 R10b가 각각 C1-C4알킬인, 실시형태 236 내지 239 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 241은, R10a 및 R10b가 각각 메틸인, 실시형태 240의 방법이다.
실시형태 242는, R3이 수소인, 실시형태 236 내지 241 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 243은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 236의 방법이다.
실시형태 244는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 236의 방법이다.
실시형태 245는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 230의 방법이다.
*실시형태 246은, 쌍성이온성 화합물이 
인, 실시형태 237의 방법이다.
실시형태 247은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 237의 방법이다.
실시형태 248은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 230의 방법이다.
실시형태 249는, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 222의 방법이다.
실시형태 250은, 하전된 화합물이 
인, 실시형태 222의 방법이다.
실시형태 251은, 용액 중의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도가 0.1mM 내지 5mM, 0.1mM 내지 4mM, 0.1mM 내지 3mM, 0.1mM 내지 2mM, 0.1mM 내지 1mM, 0.5mM 내지 5mM, 0.5mM 내지 4mM, 0.5mM 내지 3mM, 0.5mM 내지 2mM, 0.5mM 내지 1mM, 1mM 내지 5mM, 1mM 내지 4mM, 1mM 내지 3mM, 1mM 내지 2mM, 1.5mM 내지 5mM, 1.5mM 내지 4mM, 1.5mM 내지 3mM, 1.5mM 내지 2mM, 2mM 내지 5mM, 2mM 내지 4mM, 2mM 내지 3mM, 3mM 내지 5mM, 3mM 내지 4mM 또는 4mM 내지 5mM인, 실시형태 216 또는 222 내지 250 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 252는, 용액 중의 하전된 또는 쌍성이온 화합물의 농도가 약 0.1mM, 약 0.5mM, 약 1mM, 1.1mM, 1.2mM, 1.3mM, 1.4mM, 1.5mM, 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, 2mM, 2.1mM, 2.2mM, 2.3mM, 2.4mM, 2.5mM, 2.6mM, 2.7mM, 2.8mM, 2.9mM, 3mM, 3.5mM, 4mM, 4.5mM 또는 5mM인, 실시형태 216 또는 222 내지 250 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 253은, 광원 하의 단계 b)의 노출은 적어도 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안인, 실시형태 216의 방법이다.
실시형태 254는, 광원이 자외선 광원인, 실시형태 216 또는 253의 방법이다.
실시형태 255는, 자외선 광원이 적어도 900㎼/㎠의 세기를 갖는, 실시형태 254의 방법이다.
실시형태 256은, 자외선 광원이 240㎚ 내지 280㎚, 240㎚ 내지 275㎚, 240㎚ 내지 270㎚, 240㎚ 내지 265㎚, 240㎚ 내지 260㎚, 240㎚ 내지 255㎚, 240㎚ 내지 250㎚, 240㎚ 내지 245㎚, 250㎚ 내지 280㎚, 250㎚ 내지 275㎚, 250㎚ 내지 270㎚, 250㎚ 내지 265㎚, 250㎚ 내지 260㎚, 255㎚ 내지 280㎚, 255㎚ 내지 275㎚, 255㎚ 내지 270㎚, 255㎚ 내지 265㎚, 255㎚ 내지 260㎚, 260㎚ 내지 280㎚, 260㎚ 내지 275㎚, 260㎚ 내지 270㎚ 또는 270㎚ 내지 280㎚의 파장을 갖는, 실시형태 254 또는 255의 방법이다.
실시형태 257은, 자외선 광원이 적어도 240㎚, 245㎚, 250㎚, 251㎚, 252㎚, 253㎚, 254㎚, 255㎚, 256㎚, 257㎚, 258㎚, 259㎚, 260㎚, 261㎚, 262㎚, 263㎚, 264㎚, 265㎚, 266㎚, 267㎚, 268㎚, 269㎚, 270㎚, 275㎚ 또는 280㎚의 파장을 갖는, 실시형태 254 또는 255의 방법이다.
실시형태 258은, 단계 c)의 광원에 의한 노출 후 물-알코올 용액 중에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 인큐베이팅하는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 216 내지 257 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 259는, 물-알코올 용액이 약 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 33:67, 30:70, 20:80 또는 10:90의 물 대 알코올 비율을 갖는, 실시형태 258의 방법이다.
실시형태 260은, 알코올이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올 또는 사이클로헥산올을 포함하는, 실시형태 259의 방법이다.
실시형태 261은, 인큐베이팅은 물-알코올 용액 중에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 음파처리하는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 260의 방법이다.
실시형태 262는, 음파처리가 적어도 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 15분, 20분, 25분 또는 30분 동안인, 실시형태 261의 방법이다.
실시형태 263은, 제2 물-알코올 용액 중의 인큐베이팅 후 진공 하에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 건조시키는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 260의 방법이다.
실시형태 264는, 기판이 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 216의 방법이다.
실시형태 265는, 세퍼레이터가 폴리머계 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 264의 방법이다.
실시형태 266은, 폴리머계 세퍼레이터가 폴리올레핀 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 265의 방법이다.
실시형태 267은, 폴리올레핀 세퍼레이터가 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들의 조합에 의해 변성된 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 266의 방법이다.
실시형태 268은, 세퍼레이터가 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함하는, 실시형태 264 내지 267 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 269는, 기판이 화학식 I의 퍼플루오로페닐아자이드 하전된 또는 쌍성이온 유도체에 결합할 수 있는 모이어티를 함유하는 탄소계 기판을 포함하는, 실시형태 216의 방법이다.
실시형태 270은, 탄소계 기판이 폴리머 모이어티를 포함하는, 실시형태 269의 방법이다.
실시형태 271은, 탄소계 기판이 폴리올레핀 모이어티를 포함하는, 실시형태 269의 방법이다.
실시형태 272는, 폴리올레핀 모이어티가 폴리에틸렌(PE) 모이어티, 폴리프로필렌(PP) 모이어티, 폴리아마이드(PA) 모이어티, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 모이어티, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 모이어티 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 모이어티를 포함하는, 실시형태 271의 방법이다.
실시형태 273은, 상기 방법이 자동화 방법인, 실시형태 216 내지 272 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 274는, 상기 방법이 실온에서 수행되는, 실시형태 216 내지 273 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 275는, 상기 방법이 20℃ 및 30℃, 20℃ 및 28℃, 20℃ 및 26℃, 20℃ 및 25℃, 22℃ 및 30℃, 22℃ 및 28℃, 22℃ 및 26℃, 22℃ 및 25℃, 24℃ 및 30℃, 24℃ 및 28℃ 또는 24℃ 및 26℃ 내의 온도에서 수행되는, 실시형태 216 내지 273 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 276은, 상기 방법이 약 20℃, 약 21℃, 약 22℃, 약 23℃, 약 24℃, 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃ 또는 약 30℃에서 수행되는, 실시형태 216 내지 273 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 I는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함하는 에너지 제공 장치이다.
실시형태 II는, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판이 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물을 포함하고, 단, 화합물은 하전되거나 쌍성이온성인, 실시형태 I의 에너지 제공 장치이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고;
Q는 화학식 
로 표시된 구조이고:
Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고;
R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고;
R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고;
R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고;
R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 III는, 화합물이
실시형태 IV는, 화합물이
*실시형태 V는, Q가
실시형태 VI는, 화학식 I의 화합물이
실시형태 VII는, 기판이 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 I 또는 II의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 VII는, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판에 배치된 전해질을 추가로 포함하는, 실시형태 I 또는 II의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 IX는, 전극을 추가로 포함하는, 실시형태 I 또는 II의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 X는, 에너지 제공 장치가 배터리, 슈퍼커패시터 또는 연료 전지를 포함하는, 실시형태 I 내지 IX 중 어느 하나의 에너지 제공 장치이다.
실시형태 XI는 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 제조하는 방법으로서,
a) 기판을 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간 동안 알코올과 접촉시키는 단계;
b) 포화된 기판을 적어도 30초 동안 하전된 또는 쌍성이온 화합물을 포함하는 용액과 인큐베이팅하는 단계; 및
c) 단계 b)의 기판을 적어도 30초 동안 광원 하에 노출시켜서, 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 생성하는 단계를 포함하는, 방법이다.
실시형태 XII는, 하전된 또는 쌍성이온 화합물이 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물이고, 단, 상기 화합물은 하전되거나 쌍성이온성인, 실시형태 XI의 방법이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고;
Q는 화학식 
로 표시된 구조이고;
Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고;
R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고;
R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고;
R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고;
R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R12a 및 R12b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
실시형태 XIII는, 화합물이
실시형태 XIV는, 화합물이
실시형태 XV는, Q가
실시형태 XVI는, 하전된 또는 쌍성이온성 화합물이
실시형태 XVII는, 알코올이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 3-메틸-1-뷰탄올, 2,2-다이메틸-1-프로판올, 사이클로펜탄올, 1-헥산올, 사이클로헥산올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 다이메틸 설폭사이드, 다이메틸폼아마이드, N-메틸피롤리돈, 다이메틸아세트아마이드 또는 다이에틸 카보네이트를 포함하는, 실시형태 XII 내지 XVI 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XVIII는, 알코올이 기판을 포화시키기에 충분한 시간이 약 2초, 3초, 약 4초, 약 5초, 약 10초, 약 15초, 약 20초 또는 이것 초과인, 실시형태 XII 내지 XVII 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XIX는, 단계 b)의 인큐베이팅이 적어도 1분, 적어도 1.5분, 적어도 2분, 적어도 3분, 적어도 4분, 적어도 5분, 적어도 10분, 적어도 15분 또는 적어도 20분 동안인, 실시형태 XII 내지 XVIII 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XX는, 용액 중의 하전된 또는 쌍성이온성 화합물의 농도가 약 0.1mM, 약 0.5mM, 약 1mM, 1.1mM, 1.2mM, 1.3mM, 1.4mM, 1.5mM, 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, 2mM, 2.1mM, 2.2mM, 2.3mM, 2.4mM, 2.5mM, 2.6mM, 2.7mM, 2.8mM, 2.9mM, 3mM, 3.5mM, 4mM, 4.5mM 또는 5mM인, 실시형태 XII 내지 XIX 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XXI는, 광원이 자외선 광원인, 실시형태 XII 내지 XX 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XXII는, 자외선 광원이 적어도 240㎚, 245㎚, 250㎚, 251㎚, 252㎚, 253㎚, 254㎚, 255㎚, 256㎚, 257㎚, 258㎚, 259㎚, 260㎚, 261㎚, 262㎚, 263㎚, 264㎚, 265㎚, 266㎚, 267㎚, 268㎚, 269㎚, 270㎚, 275㎚ 또는 280㎚의 파장을 갖는, 실시형태 XXI의 방법이다.
실시형태 XXIII는, 단계 c)의 광원에 의한 노출 후 물-알코올 용액 중에 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 인큐베이팅하는 것을 추가로 포함하는, 실시형태 XII 내지 XXII 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XXIV는, 기판이 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 XII 내지 XXIII 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XXV는, 세퍼레이터가 폴리머계 세퍼레이터를 포함하는, 실시형태 XXIV의 방법이다.
실시형태 XXVI는, 세퍼레이터가 미세다공성 세퍼레이터, 부직포 세퍼레이터, 이온 교환 막, 지지된 액체 막 또는 고체 이온 전도체를 포함하는 실시형태 XXV의 방법이다.
실시형태 XXVII는, 상기 방법이 자동화 방법인, 실시형태 XII 내지 XXVI 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XXVIII는, 상기 방법이 약 20℃, 약 21℃, 약 22℃, 약 23℃, 약 24℃, 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃ 또는 약 30℃에서 수행되는, 실시형태 XII 내지 XXVII 중 어느 하나의 방법이다.
실시형태 XXIX는 하기 화학식 IIa 또는 화학식 IIb의 구조를 갖는 하전된 또는 쌍성이온성 화합물이다:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a 및 R10b는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10c는 C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택된다.
실시형태 XXX는 화합물이
Claims (1)
- 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판을 포함하는 에너지 제공장치로, 상기 하전된 화합물 변성된 기판 또는 쌍성이온 변성된 기판은 하기 화학식 I의 구조를 갖는 화합물로 그래프팅 된 것이며, 상기 화합물은 하전되거나 쌍성이온성인, 에너지 제공 장치:
식 중,
A는 -C(=O)- 및 -(SO2)-로부터 선택되고;
L은 -OQ, -O-, -N+R3HQ 및 -NR3Q로부터 선택되고;
Q는 화학식로 표시된 구조이고;
Z는 -CR6aR6b-, -C(=O)-, -C(=NH)- 및 -C(=NH)NR7-로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택된 정수이고;
R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 수소 및 할로겐으로부터 선택되고;
R2a 및 R2b는 각각 할로겐이고;
R3은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R4a 및 R4b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR8aR8b, -NR8aR8b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R9, -CO2 - 및 -CO2R9로부터 선택되고;
R5a, R5b 및 R5c는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR10aR10b, -NR10aR10b R10c+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R11, -CO2 - 및 -CO2R11로부터 선택되고;
R6a 및 R6b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, 할로겐, -CN, -OH, -NR12aR12b, -NR12aR12b H+, C1-C4 알킬, C1-C4 모노할로알킬, C1-C4 폴리할로알킬, -SO3 -, -SO3R13, -CO2 - 및 -CO2R13으로부터 선택되고;
R7은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R8a 및 R8b는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R9는, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
R10a, R10b 및 R10c는 각각, 존재할 때, 독립적으로 수소, C1-C4 알킬, -(C1-C8알킬렌)SO3 -, -(C1-C8알킬렌)SO3H, -(C1-C8알킬렌)CO2 - 및 -(C1-C8알킬렌)CO2H로부터 선택되고;
R11은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택되고;
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R13은, 존재할 때, 수소 및 C1-C4 알킬로부터 선택된다.
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