PT110572B - Material de condução iónica em forma de gel polimérico e respetivo processo de produção. - Google Patents
Material de condução iónica em forma de gel polimérico e respetivo processo de produção. Download PDFInfo
- Publication number
- PT110572B PT110572B PT110572A PT11057218A PT110572B PT 110572 B PT110572 B PT 110572B PT 110572 A PT110572 A PT 110572A PT 11057218 A PT11057218 A PT 11057218A PT 110572 B PT110572 B PT 110572B
- Authority
- PT
- Portugal
- Prior art keywords
- ionic liquid
- ionic
- polymeric gel
- natural polymer
- conduction material
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 claims abstract description 38
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 26
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 24
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 20
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 19
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 19
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 10
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 claims description 9
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 claims description 9
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 8
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 6
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O Pyrrolidinium ion Chemical compound C1CC[NH2+]C1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 5
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RSEBUVRVKCANEP-UHFFFAOYSA-N 2-pyrroline Chemical compound C1CC=CN1 RSEBUVRVKCANEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-O Piperidinium(1+) Chemical compound C1CC[NH2+]CC1 NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N Pyrazine Chemical compound C1=CN=CC=N1 KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-O Pyrazolium Chemical compound C1=CN[NH+]=C1 WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 4
- FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N Thiazole Chemical compound C1=CSC=N1 FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZCQWOFVYLHDMMC-UHFFFAOYSA-O hydron;1,3-oxazole Chemical compound C1=COC=[NH+]1 ZCQWOFVYLHDMMC-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-O hydron;pyrimidine Chemical compound C1=CN=C[NH+]=C1 CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 4
- PBMFSQRYOILNGV-UHFFFAOYSA-N pyridazine Chemical compound C1=CC=NN=C1 PBMFSQRYOILNGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O pyridinium Chemical compound C1=CC=[NH+]C=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 4
- AMFMJCAPWCXUEI-UHFFFAOYSA-M 1-ethylpyridin-1-ium;chloride Chemical compound [Cl-].CC[N+]1=CC=CC=C1 AMFMJCAPWCXUEI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 3
- 206010053567 Coagulopathies Diseases 0.000 claims description 3
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002527 Glycogen Polymers 0.000 claims description 3
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001218 Pullulan Polymers 0.000 claims description 3
- 230000035602 clotting Effects 0.000 claims description 3
- 229940096919 glycogen Drugs 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 125000001400 nonyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 3
- 235000019423 pullulan Nutrition 0.000 claims description 3
- WVIICGIFSIBFOG-UHFFFAOYSA-N pyrylium Chemical compound C1=CC=[O+]C=C1 WVIICGIFSIBFOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- LFMTUFVYMCDPGY-UHFFFAOYSA-N n,n-diethylethanamine oxide Chemical compound CC[N+]([O-])(CC)CC LFMTUFVYMCDPGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- SJRJJKPEHAURKC-UHFFFAOYSA-N N-Methylmorpholine Chemical compound CN1CCOCC1 SJRJJKPEHAURKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 125000001425 triazolyl group Chemical group 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 47
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 7
- FHDQNOXQSTVAIC-UHFFFAOYSA-M 1-butyl-3-methylimidazol-3-ium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCCN1C=C[N+](C)=C1 FHDQNOXQSTVAIC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 6
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 description 6
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N thionyl chloride Chemical compound ClS(Cl)=O FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-1H-imidazole Chemical compound CN1C=CN=C1 MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- STCBHSHARMAIOM-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-1h-imidazol-1-ium;chloride Chemical compound Cl.CN1C=CN=C1 STCBHSHARMAIOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000168 Microcrystalline cellulose Polymers 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JRNVZBWKYDBUCA-UHFFFAOYSA-N N-chlorosuccinimide Chemical compound ClN1C(=O)CCC1=O JRNVZBWKYDBUCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFTLOKWAGJYHHR-UHFFFAOYSA-N N-methylmorpholine N-oxide Chemical compound CN1(=O)CCOCC1 LFTLOKWAGJYHHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005102 attenuated total reflection Methods 0.000 description 2
- 239000012320 chlorinating reagent Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 235000019813 microcrystalline cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008108 microcrystalline cellulose Substances 0.000 description 2
- 229940016286 microcrystalline cellulose Drugs 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- QIYJENCWGCDKDU-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-1-methylimidazol-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1(C)C=CN=C1 QIYJENCWGCDKDU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-O 1-methylimidazole Chemical compound CN1C=C[NH+]=C1 MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002353 D-glucosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229910012223 LiPFe Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012359 Methanesulfonyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 150000001449 anionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 150000004693 imidazolium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- QARBMVPHQWIHKH-UHFFFAOYSA-N methanesulfonyl chloride Chemical compound CS(Cl)(=O)=O QARBMVPHQWIHKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229940042055 systemic antimycotics triazole derivative Drugs 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 125000005208 trialkylammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
Abstract
APRESENTA-SE UM MATERIAL DE CONDUÇÃO IÓNICA EM FORMA DE GEL POLIMÉRICO E RESPETIVO MÉTODO DE PRODUÇÃO. O REFERIDO MATERIAL DE CONDUÇÃO IÓNICA EM FORMA DE GEL POLIMÉRICO APRESENTA CONDUTIVIDADES MUITO SUPERIORES AO ESTADO DA TÉCNICA, A TEMPERATURAS MODERADAS, CONJUGANDO A SEGURANÇA E ESTABILIDADE CONFERIDA PELA MATRIZ POLIMÉRICA (101) DE UM POLÍMERO NATURAL DE LÍQUIDO IÓNICO (PNLI), FORMADO PELO ENXERTO DE UM LÍQUIDO IÓNICO (103) EM UM POLÍMERO NATURAL (102), COM O DESEMPENHO DE LÍQUIDO IÓNICO LIVRE (104), DEVIDO A UM MECANISMO DE CONDUTIVIDADE DUPLA, ATRAVÉS DA MATRIZ E DA COMPONENTE LÍQUIDA. O MÉTODO DE PRODUÇÃO DO REFERIDO MATERIAL COMPREENDE A SÍNTESE DO PNLI SEGUIDA DA SUA GELIFICAÇÃO. ESTE MATERIAL DE CONDUÇÃO IÓNICA EM FORMA DE GEL POLIMÉRICO TEM APLICAÇÕES EM DISPOSITIVOS ELETROQUÍMICOS NO CAMPO DA ENERGIA.
Description
DESCRIÇÃO
Material de condução iónica em forma de gel polimérico e respetivo processo de produção
Domínio Técnico da Invenção presente pedido descreve um material de condução iónica em forma de gel polimérico, respetivo processo de produção e aplicação em dispositivos eletroquimicos para aplicações no campo da energia.
Antecedentes da Invenção
Os líquidos iónicos (Lis) são sais com um ponto de fusão inferior a 100°C, compostos exclusivamente por iões (catiões e aniões). Normalmente estes compostos contêm um catião orgânico volumoso, assimétrico, e um anião inorgânico ou orgânico. Esta combinação contribui para os seus baixos pontos de fusão. Os Lis possuem alta estabilidade térmica, química e eletroquímica, volatilidade negligenciável e são praticamente não inflamáveis. As propriedades físicas e químicas de Lis podem ser ajustadas para atender aos requisitos de aplicações específicas de acordo com a diversidade de combinações de catiões e aniões. Por esse motivo, os Lis também são conhecidos como solventes feitos por medida. Devido a estas características, os Lis foram propostos como eletrólitos alternativos para aplicações de energia que incluem células solares dopadas com corantes, células de combustível, supercondensadores, células eletroquimicas emissoras de luz e transístores de efeito de campo [ 1 ] .
Uma das principais aplicações de Lis é como eletrólitos em dispositivos eletroquímicos [2] . 0 uso de Lis como eletrólitos e/ou transportadores para outras espécies eletroativas tem um enorme potencial que ainda não foi explorado. Idealmente, os eletrólitos devem ter uma ampla janela de potencial, alta condutividade iónica, alta estabilidade química e eletroquímica, ampla faixa de temperatura operacional, baixa volatilidade e inflamabilidade, devem ser ecologicamente sustentáveis e de baixo custo de produção [3].
Os eletrólitos, durante o seu funcionamento, não devem ser reativos e não se devem degradar. De facto, reações indesejadas entre diferentes componentes da bateria e o eletrólito podem induzir superaquecimento local, levando a reações exotérmicas eventualmente explosivas. Além disso, os eletrólitos têm que promover o transporte iónico. Existem vários tipos de eletrólitos: líquidos, sólidos e poliméricos.
No caso dos eletrólitos líquidos, uma das dificuldades mais importantes a superar, conforme descrito por Jabbour et al., é a prevenção de derrames e a vaporização durante o funcionamento do dispositivo ou quando armazenados [4] .
Os eletrólitos sólidos apresentam maior estabilidade mecânica devido ao estado sólido, maior segurança e facilidade de processamento. Contudo a condutividade é insuficiente para um uso prático, precisamente porque o estado sólido dificulta a mobilidade iónica [5].
Uma forma de diminuir os derrames e a vaporização, consiste na utilização de eletrólitos poliméricos, em que o eletrólito liquido é incorporado em matrizes poliméricas que contêm, por exemplo, sais de hexafluorofosfato de litio (LiPFe) dissolvidos em solventes orgânicos. Esta estratégia apenas resolve os problemas de segurança porque diminui o derrame de compostos inflamáveis e voláteis. A matriz de polímero atua como uma estrutura que contem e restringe o eletrólito. Nestes eletrólitos, a porosidade da matriz de polímero confere aos iões um modo de transporte (condução) que, no entanto, reduz bastante o espaço disponível em que os iões se deslocam, comprometendo a condutividade iónica. 0 volume da matriz polimérica limita a quantidade e a mobilidade dos iões no eletrólito.
Na tentativa de melhorar a condutividade iónica e a estabilidade dos eletrólitos poliméricos, foi recentemente proposta a utilização de polímeros de líquidos iónicos (PLIs) . Os PLIs conjugam as propriedades de Lis (condutividade, estabilidade térmica e química, adaptabilidade) com as propriedades intrínsecas da matriz polimérica, cuja forma é importante para conferir estabilidade mecânica. Além disso, aproveitando a alta compatibilidade dos PLIs e Lis, ambos podem ser misturados para dar origem a eletrólitos poliméricos em forma de gel [6]. As condutividades iónicas de tais eletrólitos poliméricos encontram-se na gama de 0.1-0.001 Siemens/metro (S/m) à temperatura de 25°C, que é um valor intermédio entre a condutividade dos Lis, geralmente na ordem de 1 S/m e dos PLIs que é de 10~4 S/m [1] .
A maioria das matrizes poliméricas utilizadas em eletrólitos compreende polímeros sintéticos obtidos a partir de combustível fóssil. Em CN103682434 a utilização de polímeros sintéticos em conjunto com Lis permite a obtenção de elevadas condutividades utilizando o eletrólito de óxido de polietileno/hexafluorofosfato de 1-butil-N-metilimidazólio.
uso de fontes renováveis para criar a matriz polimérica com os requisitos de um eletrólito em gel apresenta vantagens como o baixo custo de produção, biodegradabilidade e fácil processamento. No entanto ainda é raro [7]. Por exemplo, a celulose e seus derivados foram utilizados com sucesso como aglomerante ou substratos para elétrodos, separadores ou como agentes de reforço em polímeros de gel. Em CN103441300 e CN103915651, são utilizados polímeros naturais, incluindo celulose e amido, em eletrólitos de polímero sólido.
Em CN103441300 reivindica-se a produção de um gel eletrólito baseado numa membrana imersa num eletrólito líquido. Estas membranas derivadas de polissacárido podem também conter materiais seus derivados (por funcionalização química) e misturas de polímeros sintéticos, para além de enchimentos inorgânicos. Contudo a condutividade iónica destes géis eletrólitos é ainda muito baixa, na gama de 10-1 a 10~2 S/m. Ainda em CN103441300 a utilização de polímeros naturais, modificados, sintéticos e compósitos é reivindicada na produção de géis eletrólitos poliméricos compreendendo também um composto orgânico com um sal de metal alcalino ou uma solução de LI, obtendo-se condutividades na gama de 10~ 1 a 10~2 S/m.
Em CN103840198 reivindica-se a produção de um gel eletrólito para baterias de ião lítio composto por um polímero sintético ou misturas de polímeros sintéticos, um líquido iónico, um solvente orgânico, um sal de lítio e um aditivo para formar um filme. Na produção destes eletrólitos são utilizadas temperaturas de 120°C. 0 material gerado forma membranas elásticas com condutividade iónica na ordem de 10-1 S/m.
Não foi encontrado no estado da técnica um material de condução iónica em forma de gel polimérico bem como o seu 4 respetivo método de produção que apresente as caracteristicas da invenção descrita no presente documento.
Sumário da invenção presente pedido refere-se a um material de condução iónica em forma de gel polimérico caracterizado por compreender (i) uma matriz polimérica (101) que compreende pelo menos um polímero natural (102) enxertado com pelo menos um líquido iónico (103), originando um polímero natural de líquido iónico (PNLI), presente numa percentagem em peso (%/p/p) compreendida entre 1% e 20%, mais especificamente entre 5% e 15%; (ii) pelo menos um líquido iónico livre (104) numa percentagem (%p/p) compreendida entre 5% e 90%, mais especif icamente entre 25% e 50% e (iii) pelo menos um solvente molecular numa percentagem (%p/p) compreendida entre 5% e 90%, mais especificamente entre 45% e 65%.
Apresenta-se também o método de produção do referido material de condução iónica em forma de gel polimérico que compreende um passo de síntese do PNLI e um passo de gelificação do PNLI. A gelificação do PNLI, compreende os processos de (i) dissolução total do PNLI e (ii) posterior coagulação.
O material de condução iónica em forma de gel polimérico apresenta condutividades muito superiores ao estado da técnica, a temperaturas moderadas, e conjuga a segurança e estabilidade conferida pela matriz polimérica (101) do PNLI com o desempenho de líquido iónico livre (104), devido a um mecanismo de condutividade dupla.
Este material de condução iónica em forma de gel polimérico tem aplicações em dispositivos eletroquímicos no campo da energia.
Descrição geral presente documento descreve um material de condução iónica em forma de gel polimérico obtido de fontes naturais derivado de líquidos iónicos (PLIs) e o respetivo processo de obtenção. Este material de condução iónica pode ser utilizado em dispositivos eletroquímicos para aplicações no campo da energia.
Este material de condução iónica em forma de gel polimérico compreende uma matriz polimérica (101) que contém pelo menos um polímero natural (102) enxertado com pelo menos um LI (103), dando origem a um polímero natural de líquido iónico (PNLI), e um sistema de solventes constituído por uma mistura de pelo menos um LI livre (104) e pelo menos um solvente molecular.
No contexto da presente invenção, um líquido iónico livre deve ser entendido como um líquido iónico não ligado a um polímero, em oposição ao líquido iónico enxertado no polímero natural.
O material de condução iónica em forma de gel polimérico aqui descrito compreende a referida matriz polimérica (101) que contém pelo menos o referido polímero natural (102), como por exemplo, mas não se limitando a, polissacáridos como o amido, celulose e seus derivados, glicogénio, quitina, quitosano e seus derivados, pululanos e dextranos, entre outros.
Este material de condução iónica em forma de gel polimérico compreende a matriz polimérica (101) que contém um LI enxertado (103) no referido polímero natural (102), em que o catião do LI é por exemplo, mas não se limitando a, um derivado de imidazólio, oxazólio, piperidínio, pirazínio, pirazólio, piridazínio, piridínio, pirimidínio, pirrolidinio, pirrolinio, pirilio, tiazole e triazólio entre outros, e o anião do LI é por exemplo, mas não se limitando a, F~, Cl-, Br, I-, N03-, [N(CN)2J-, [BF4J-, [C1O4J-, [RSO3J-, [RCOO]- (onde R é um grupo alquilo Cl a C9 ou grupo fenilo); [PFeJ-, [ (CF3)2PF4J-, [ (CF3) 3PF3J-, [ (CF3) 4PF2]-, [(CF3)5PFJ-,
[(cf3)6pj-, [cf3so3j-, [cf3cf2so3j-, [ (cf3so3)2nj-, [CF3CF2 (CF3)2COJ-, [ (CF3SO2)2CHJ-, [ (SF5)3CJ-, [ (CF3SO2) 3CJ-,
[CF3 (CF2) 7SO3]-, [CF3CO2J- e [CH3CO2]-.
Este material de condução iónica em forma de gel polimérico compreende também um sistema de solventes, que contém pelo menos um LI livre (104), que pode ou não ser igual ao LI enxertado (103) no polímero natural (102), em que o catião do LI é por exemplo, mas não se limitando a, um derivado de imidazólio, oxazólio, piperidínio, pirazínio, pirazólio, piridazínio, piridínio, pirimidínio, pirrolidinio, pirrolinio, pirilio, tiazole e triazólio entre outros e o anião do LI é por exemplo, mas não se limitando a, um F~, Cl, Br- , I-, NO3-, [N(CN)2J-, [BF4J-, [C104J-, [RSO3J-, [RCOOJ(onde R é um grupo alquilo Cl a C9 ou grupo fenilo); [PFe]-, [ (cf3)2pf4j-, [ (cf3)3pf3j-, [ (cf3)4pf2j-, [(CF3)5PFJ-, [(CE3)6P]~ , [CF3SO3J-, [CF3CF2SO3]-, [ (CF3SO3) 2N]-, [CF3CF2 (CF3) 2CO]-,
[ (CF3SO2)2CHJ-, [(SF5)3CJ-, [ (CF3SO2) 3CJ-, [CF3 (CF2) 7SO3J-,
[CF3CO2J- e [CH3CO2]-.
Este material de condução iónica em forma de gel polimérico compreende no referido sistema de solventes, pelo menos um solvente molecular como por exemplo, mas não se limitando a, acetona, N-metilpirrolidona, tetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, N,N-dimetilformamida ou N,Ndimetilacetamida, cloreto de N-etilpiridínio, N-óxido de Nmetilmorfolina, e N-óxido de trietilamina.
O processo de produção do material de condução iónica em forma de gel polimérico é realizado em dois passos: (i) síntese do polímero natural com um enxerto de LI (PNLI) e (ii) gelificação do PNLI.
passo de síntese do polímero natural com um enxerto de LI (PNLI), já conhecido no estado da técnica, envolve o uso de polímeros naturais, não exclusivamente, polissacáridos. De um modo genérico, no PNLI os designados polímeros naturais, como por exemplo mas não exclusivamente polissacáridos, são enxertados com um precursor de LI. Para tal, obtém-se primeiramente um derivado clorado do polissacárido, através da reação do mesmo com um agente de cloração nomeadamente, mas não limitado a, cloreto de tionilo, cloreto de mesilo ou N-clorosuccinimida, para produzir um derivado clorado. Este derivado clorado atua como um composto intermediário que posteriormente reage com o precursor do LI adequado a ser enxertado, como por exemplo, mas não se limitando a, Nalquilimidazole, N-alquilpirrolidina, N-alquilpiridina e trialquiamónio, dando origem ao PNLI.
No segundo passo, a gelificação do PNLI envolve dois processos: a dissolução e a coagulação do PNLI. Na dissolução do PNLI é necessária a presença de um sistema de solventes contendo pelo menos um LI livre (104), que pode ou não ser igual ao LI (103) utilizado para enxertar o polímero natural (102), e pelo menos um solvente molecular. A mistura de PNLI e solventes moleculares contendo pelo menos um LI livre (104), compreende uma percentagem em peso de PNLI relativamente ao total da mistura (% peso/peso (p/p)) compreendida entre 1% e 20%, mais especificamente entre 5% e 15%; uma percentagem de LI livre (104) compreendida entre 5% e 90%, mais especif icamente entre 25% e 50%, e uma percentagem de solvente molecular compreendida entre 5% e 90%, mais especificamente entre 45% e 65%.
A utilização do PNLI é crucial para a obtenção de um gel polimérico com elevada condutividade. 0 enxerto de LI (103) na matriz polimérica (101) permite aos iões dois modos de transporte, nomeadamente através da componente liquida do material de condução iónica (105) e através da matriz polimérica (106) .
No passo de dissolução, é utilizado um sistema de solventes previamente preparado, constituído por uma mistura do LI livre (104) e o solvente molecular. A mistura do PNLI com o sistema de solventes é aquecida entre 60°C e 100°C, mais especificamente entre 70°C e 90°C, até 100% de dissolução do PNLI. Antes do processo de coagulação a solução é mantida a 80-100°C para eliminar as bolhas de ar.
Na coagulação da solução do PNLI, utiliza-se como agente coagulante não exclusivamente água, etanol, acetona ou isopropanol, para obter o gel desejado. A coagulação ocorre a uma temperatura entre 15°C e 30°C, mais especificamente entre 20°C e 25°C, colocando a solução de PNLI dissolvido em contacto com vapor do agente de coagulação, num recipiente fechado. A gelificação da solução de PNLI ocorre imediatamente, e a estabilidade mecânica do PNLI aumenta com o aumento da exposição da solução de PNLI ao agente coagulante.
Após a coagulação, o gel formado é utilizado como está ou é seco sob atmosfera de azoto a uma temperatura entre 15°C e 30°C, mais especificamente entre 20°C e 25°C, ou sob vácuo, a uma temperatura entre 25°C e 80°C, mais concretamente entre 40°C e 70°C, para remover os vestígios de agente coagulante.
O processo aqui descrito permite a produção de um material de condução iónica em forma de gel polimérico que apresenta comportamento de gel, que possui condutividades compreendidas entre 1 a 10 S/m, superiores ao estado da técnica. As temperaturas de produção nunca ultrapassam os 9
100 °C, o que representa um ganho energético.
Aproveitando a alta compatibilidade entre PNLIs e Lis, o material de condução iónica em forma de gel polimérico à base de PNLIs pode ser usado como eletrólito polimérico, conciliando as propriedades do polímero natural e a condutividade de Lis.
O polímero natural, sendo uma fonte renovável, contribui para a sustentabilidade do processo de produção do material de condução iónica e, combinado com as propriedades dos Lis, permite produzir eletrólitos altamente condutores. A natureza não-inflamável do LI livre (104) associado à forma de gel confere segurança e estabilidade ao eletrólito.
Este material de condução iónica em forma de gel polimérico apresenta elevada condutividade face aos geis poliméricos no estado da técnica para aplicação no mercado energético em franca expansão, e que está a evoluir para a utilização de dispositivos de armazenamento de energia sustentável e recicláveis. O material de condução iónica em forma de gel polimérico descrito neste pedido tem como principais aplicações, não exclusivamente, o uso em baterias para dispositivos eletrónicos, meios de transporte e dispositivos médicos.
Breve Descrição das Figuras
As características da presente invenção são facilmente compreendidas através do caderno de desenhos do presente pedido e que deverão ser entendidos como exemplo e de maneira alguma limitam o âmbito da presente invenção.
A Figura 1 apresenta uma representação esquemática do material de condução iónica em forma de gel polimérico onde é possível observar a matriz polimérica (101), na qual se pode distinguir o polímero natural (102) e o LI enxertado (103), o LI livre (104), e o modo de transporte dos iões, ou seja, condutividade, através da componente líquida do material de condução iónica (105) e o modo de transporte através da matriz polimérica (106).
A Figura 2 apresenta os espectros de infravermelho por transformada de Fourier acoplado com refletância total atenuada (ATR-FTIR) dos polissacáridos: não modificado (201), do derivado clorado - Exemplo 2 (202) e do PNLI
Exemplo 1 (203) onde se pode observar a variação da transmitância (T em % nas ordenadas) com o número de onda (em cm-1 nas abcissas) .
A Figura 3 apresenta a evolução dos módulos elástico (G') e viscoso (G'') (em Pascal -Pa- nas ordenadas) com a frequência (em Hz nas abcissas), para PNLI do Exemplo 1 e o polissacárido clorado - Exemplo 2.
A Figura 4 apresenta a medida de impedância representativa do comportamento de uma forma de realização preferencial de um gel PNLI onde se pode ver a variação da condutividade (em S/m nas ordenadas) com a frequência (em Hz nas abcissas).
Descrição detalhada da invenção
O presente pedido descreve um material de condução iónica em forma de gel polimérico e respetivo método de produção.
Material de condução iónica em forma de gel polimérico
O material de condução iónica em forma de gel polimérico compreende (i) uma matriz polimérica (101) em que pelo menos um polímero natural (102) é enxertado com pelo menos um líquido iónico (103), dando origem a um polímero natural de líquido iónico (PNLI) presente numa percentagem (%p/p) compreendida entre 1% e 20%, mais especificamente entre 5% e 15%; (ii) pelo menos um líquido iónico livre (104), numa percentagem (%p/p) entre 5% e 90 %, mais especificamente entre 25% e 50%; e (iii) pelo menos um solvente molecular, presente numa percentagem (%p/p) compreendida entre 5% e 90%, mais especificamente entre 45% e 65%.
Numa forma de realização preferencial o polímero natural (102) utilizado na referida matriz polimérica (101) é um polissacárido, um derivado de polímero natural polissacárido ou um compósito do polímero natural polissacárido com um polímero sintético.
Numa forma de realização preferencial, o polímero natural (102) polissacárido pode ser amido, celulose e seus derivados, glicogénio, quitina, quitosano e seus derivados, pululanos, dextranos.
Numa forma de realização preferencial, o LI enxertado (103) no polímero natural (102) pode ser igual ou diferente do LI livre (104) e tanto o referido LI enxertado (103) como o referido LI livre (104) compreendem pelo menos um catião não exclusivamente do grupo que contém derivados de imidazólio, oxazólio, piperidínio, pirazínio, pirazólio, piridazínio, piridínio, pirimidínio, pirrolidínio, pirrolínio, pirílio, tiazole e triazólio; e pelo menos um anião que pode ser, não exclusivamente, F-, Cl-, Br , I-, NO3-, [N(CN)2]~, [BF4]-,
[C1O4]~, [RSO3]-, [RCOO]- (onde R é um grupo alquilo Cl a C9 ou grupo fenilo); [PF6]-, [ (CF3) 2PF4]-, [ (CF3) 3PF3]-,
[ (CF3) 4PF2]-, [(CF3)5PF]-, [ (CF3)6P]~, [CF3SO3]-, [CF3CF2SO3]
[ (CF3SO3)2N]-, [CF3CF2 (CF3)2CO]-, [ (cf3so2)2ch]-, hsf5)3c]-,
[ (CF3SO2) 3C]~, [CF3 (CF2) 7SO3]-, [CF3CO2]~e [CH3CO2]~
Numa forma de realização preferencial o solvente molecular pode ser acetona, N,N-dimetilformamida, dimetilsulfóxido, N,N-dimetilacetamida, N-metilpirrolidona, tetrahidrofurano, cloreto de N-etilpiridinio, N-óxido de N-metilmorfolina, Nóxido de trietilamina.
Exemplo 1 material de condução iónica em forma de gel polimérico compreende a matriz polimérica (101) que contém o polímero natural (102) polissacárido celulose enxertado com o LI cloreto de N-metilimidazólio (103) presente numa percentagem (%p/p) de 10%, o LI livre (104) cloreto de l-butil-3metilimidazólio presente em 25% e o solvente molecular dimetilsulfóxido presente em 65%.
Exemplo 2
O material de condução iónica em forma de gel polimérico compreende a matriz polimérica (101) que contém o polímero natural polissacárido celulose clorada presente numa percentagem (%p/p) de 10%, LI livre (103) cloreto de 1-butil3-metilimidazólio (104) presente em 25% e o solvente molecular dimetilsulfóxido presente em 65%. Este material de condução iónica em forma de gel polimérico é o controlo negativo.
Método de produção do material de condução iónica em forma de gel polimérico
O método de produção do material de condução iónica em forma de gel polimérico é caracterizado por compreender os seguintes passos:
a) síntese de polímero natural com um enxerto de LI (PNLI).
b) gelificação do PNLI.
a) Síntese de polímero natural com um enxerto de LI - Forma de realização preferencial
Numa forma de realização preferencial, já conhecida do estado da técnica, o derivado clorado é obtido através da suspensão do polissacárido celulose microcristalina em N,Ndimetilformamida, seguido do aquecimento entre 70 e 90 °C sob agitação não limitada a magnética durante cerca de 20 minutos. O agente de cloração, nomeadamente cloreto de tionilo, é gradualmente adicionado à suspensão de celulose microcristalina em N,N-dimetilformamida. Após a adição estar completa, a reação continua durante 3 horas (h). Em seguida, a solução viscosa é arrefecida até à temperatura ambiente e vertida em água gelada com agitação. O precipitado é filtrado, lavado com uma solução de hidróxido de amónio a 5% e depois lavado com água para tornar o pH neutro. Finalmente, o produto é dialisado durante 48 h e liofilizado durante 24 h. A inserção de cloro é confirmada na análise de infravermelho por transformada de Fourier acoplado com refletância total atenuada ATR-FTIR (202) pela presença de duas novas bandas de absorção a 752 cm-1 e 722 cm-1 quando comparado com o material de partida (201) .
O PNLI é obtido fazendo reagir o derivado clorado com um precursor de líquido iónico, numa realização preferencial com N-metilimidazole, a 85°C sob agitação não limitada a magnética durante 24 h. A solução é vertida num álcool, o precipitado é lavado com o mesmo álcool e depois seco em vácuo entre 40°C a 50°C até peso constante. Finalmente, o PNLI é dialisado por 48 h e seco novamente sob vácuo a uma temperatura entre os 40 e 60°C até que o seu peso deixe de variar. A percentagem de LI enxertado (103) no polímero natural (102), determinado pela análise elementar, através da relação entre a percentagem de azoto e a de carbono total no PNLI neste exemplo resulta entre 0.3 e 0.7 por cada unidade monomérica do polímero, neste caso D-glicose. O enxerto do LI N-metilimidazólio também é confirmado através de análise de ATR-FTIR com as novas bandas a 1564, 1110 e 1062 cm-1, bem como a banda alargada a 3342 cnrl (203) .
b) Gelificação do PNLI - Forma de realização preferencial
Aqui descreve-se uma forma de realização preferencial para preparação do gel de PNLI, processo esse que ocorre em duas etapas, compreendendo primeiro a dissolução do PNLI e de seguida a coagulação da solução do PNLI.
Numa forma de realização preferencial, a dissolução do PNLI é realizada com uma mistura cuja composição contém (% p/p): 10% do PNLI em que polímero natural (102) de polissacárido é a celulose e o LI enxertado (103) é cloreto de Nmetilimidazólio; 25% cloreto de l-butil-3-metilimidazólio como o LI livre (104); e 65% de dimetilsulfóxido como o solvente molecular. O PNLI apresenta enxerto de LI (103) entre 0.3 e 0.7 por cada unidade D-glicose. A mistura de cloreto de l-butil-3-metilimidazólio (104) e dimetilsulfóxido constitui o sistema de solventes do processo. A mistura é aquecida entre 70°C e 90°C até 100% de dissolução. Antes do processo de coagulação, a solução do PNLI é aquecida a 100°C por 10 minutos.
No passo de coagulação utilizou-se o agente coagulante água, colocando-se a solução de PNLI sob presença de vapor de água num recipiente fechado à temperatura de 20°C.
O estado de gel é confirmado através de medidas reológicas efetuadas para o material resultante do PNLI (Exemplo 1) e o resultante do polissacárido clorado (Exemplo 2). O estado de gel confirma-se mediante varrimentos de frequência que apresentam as seguintes condições: (i) módulo elástico G' maior do que o módulo viscoso G'' (Exemplo 1: G' (303), G’’(304); Exemplo 2: G' (301); G’’(302)) e (ii) módulo elástico G' independente da frequência em toda a faixa de frequência e um valor finito em frequência zero. O estado de gel confirma-se quer para o material resultante do PNLI (Exemplo 1) quer para o resultante do polissacárido clorado (Exemplo 2). Para a mesma percentagem de matriz polimérica, o material de condução iónica resultante do polissacárido clorado, apresenta um carácter mais sólido. Este resultado evidencia a influência do LI enxertado (103) no gel final, nomeadamente na obtenção de um gel mais flexível.
A condutividade dos géis PNLIs foi caracterizada através de medidas de impedância que revelaram um valor na gama de 1 a 10 S/m (401).
REFERÊNCIAS
1. Mecerreyes, D. Progress in Polymer Science 2011, 36, 1629-1648.
2. Armand, M.; Endres, F.; MacFarlane, D. R.; Ohno, H.; Scrosati, B. Nat Mater 2009, 8, 621-629.
3. Zhong, C.; Deng, Y.; Hu, W.; Qiao, J.; Zhang, L.; Zhang, J. Chemical Society Reviews 2015, 44, 7484-7539.
4. Jabbour, L.; Bongiovanni, R.; Chaussy, D.; Gerbaldi, C.; Beneventi, D. Cellulose 2013, 20, 1523-1545.
5. Shaplov, A. S.; Marcilla, R.; Mecerreyes, D. Electrochimica Acta 2015, 175, 18-34.
.Marcilla, R.; Alcaide, F.; Sardon, H.; Pomposo, J. A. ; Pozo-Gonzalo, C.; Mecerreyes, D. Electrochemistry Communications 2006, 8, 482-488.
.Larcher, D.; Tarascon, J.-M. Nature chemistry 2015, 7,
Claims (9)
1. Material de condução iónica em forma de gel polimérico caracterizado por compreender:
a) uma matriz polimérica (101) que compreende pelo menos um polímero natural (102) enxertado com pelo menos um líquido iónico (103), originando um polímero natural de líquido iónico presente numa percentagem em peso (%/p/p) compreendida entre 5% e 15%;
b) pelo menos um líquido iónico livre (104) numa percentagem (%p/p) compreendida entre 25% e 50%;
c) pelo menos um solvente molecular numa percentagem (%p/p) compreendida entre 45% e 65%;
em que o polímero natural é um polímero natural polissacárido (102) selecionado de uma lista constituída por: amido, celulose e seus derivados, glicogénio, quitina, quitosano e seus derivados, pululanos e dextranos;
em que os líquidos iónicos (103 e 104) são selecionado de uma lista constituída por:
(i ) um catião do grupo amónio, imidazólio, oxazólio, piperidínio, pirazínio, pirazólio, piridazínio, piridínio, pirimidínio, pirrolidínio, pirrolínio, pirílio, tiazole e triazólio e ii) um anião do grupo F-, Cl-, Br , I-, NO3-, [N(CN)2]-, [BF4]-, [C1O4]-, [RSO3]~, [RCOO]- (onde R é um grupo alquilo Cl a C9 ou grupo fenilo); [PF6]-, [ (CF3) 2PF4]-, [ (CF3) 3PF3]-,
[ (CF3) 4PF2]-, [(CF3)5PF]-, [ (CF3)6P]~, [CF3SO3]~ , [CF3CF2SO3][ (CF3SO3) 2N]-, [CF3CF2 (CF3) 2CO] , [ (CF3SO2)2CH]-, [(SF5)3C]-, [ (CF3SO2) 3C]-,
[CF3 (CF2) 7SO3][CF3CO2]- e [CH3CO2]-;
em que o solvente molecular é selecionado de uma lista constituída por: acetona, N,Ndimetilformamida, dimetilsulfóxido, N,Ndimetilacetamida, N-metilpirrolidona, tetrahidrofurano, cloreto de N-etilpiridínio, Nóxido de N-metilmorfolina, N-óxido de trietilamina.
2. Material de condução iónica em forma de gel polimérico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o líquido iónico enxertado (103) no polímero natural (102) ser igual ao líquido iónico livre (104) .
3. Método de produção do material de condução iónica em forma de gel polimérico descrito em qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender os seguintes passos:
a) síntese de polímero natural com um enxerto de líquido iónico;
b) gelificação do polímero natural com enxerto de líquido iónico;
em que o processo de gelificação do polímero natural com enxerto de líquido iónico (101) compreende os passos de (i) dissolução total e (ii) coagulação; e em que o passo de dissolução compreende o aquecimento de uma mistura contendo o polímero natural enxertado com líquido iónico (101), o líquido iónico livre (104) e o solvente molecular, entre 60°C e 100°C, até que o polímero natural enxertado com líquido iónico (101) seja totalmente dissolvido;
em que o passo de coagulação compreende a colocação da solução de polímero natural enxertado com líquido iónico (101) totalmente dissolvido em contacto com vapor de um agente de coagulação a uma temperatura entre 15°C e 30°C, mais especificamente entre 20°C e 25°C.
4. Método de produção, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o passo de dissolução compreender o aquecimento de uma mistura contendo o polímero natural enxertado com líquido iónico (101), o líquido iónico livre (104) e o solvente molecular, entre 70°C e 90°C.
5. Método de produção, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o agente de coagulação ser água, etanol, acetona, metanol, isopropanol.
6. Método de produção, de acordo com a reivindicação 3 e
5, caracterizado por compreender adicionalmente um passo de secagem do material de condução iónica em forma de gel polimérico.
7. Método de produção, de acordo com a reivindicação 6, em que o material de condução iónica em forma de gel polimérico é seco sob atmosfera de azoto a uma temperatura entre 15°C e 30°C, mais especificamente entre 20°C e 25°C.
8. Método de produção, de acordo com a reivindicação 6, em que o material de condução iónica em forma de gel polimérico é seco sob vácuo a uma temperatura entre 40°C e 80°C, mais especificamente entre 40°C e 70°C.
9. Utilização do material de condução iónica em forma de gel polimérico, descrito em qualquer uma das reivindicações 1 a 2, como um eletrólito.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PT110572A PT110572B (pt) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Material de condução iónica em forma de gel polimérico e respetivo processo de produção. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PT110572A PT110572B (pt) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Material de condução iónica em forma de gel polimérico e respetivo processo de produção. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PT110572A PT110572A (pt) | 2019-08-16 |
| PT110572B true PT110572B (pt) | 2021-11-15 |
Family
ID=68581004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PT110572A PT110572B (pt) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Material de condução iónica em forma de gel polimérico e respetivo processo de produção. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PT (1) | PT110572B (pt) |
-
2018
- 2018-02-15 PT PT110572A patent/PT110572B/pt active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PT110572A (pt) | 2019-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chitra et al. | Synthesis and characterization of iota-carrageenan biopolymer electrolyte with lithium perchlorate and succinonitrile (plasticizer) | |
| Lu et al. | Aqueous-eutectic-in-salt electrolytes for high-energy-density supercapacitors with an operational temperature window of 100° C, from− 35 to+ 65° C | |
| Amran et al. | The effect of LiCF3SO3 on the complexation with potato starch-chitosan blend polymer electrolytes | |
| Sudhakar et al. | LiClO4-doped plasticized chitosan and poly (ethylene glycol) blend as biodegradable polymer electrolyte for supercapacitors | |
| CA2462460C (en) | Dissolution and processing of cellulose using ionic liquids | |
| Ramaswamy et al. | Magnesium ion conducting polyvinyl alcohol–polyvinyl pyrrolidone-based blend polymer electrolyte | |
| Hadad et al. | Starch acetate and carboxymethyl starch as green and sustainable polymer electrolytes for high performance lithium ion batteries | |
| Xu et al. | Modification of poly (aryl ether ketone) using imidazolium groups as both pendants and bridging joints for anion exchange membranes | |
| Danyliv et al. | Nafion/protic ionic liquid blends: nanoscale organization and transport properties | |
| CN104098785B (zh) | Pvdf凝胶聚合物电解质及其制备方法 | |
| Verma et al. | Sodium ion conducting nanocomposite polymer electrolyte membrane for sodium ion batteries | |
| Dong et al. | Effect of ionic liquid on the properties of poly (vinylidene fluoride)-based gel polymer electrolytes | |
| WO2014050944A1 (ja) | ポリエーテル共重合体、架橋性ポリエーテル共重合体組成物及び電解質 | |
| Voropaeva et al. | Polymer electrolytes for LIBs based on perfluorinated sulfocationic Nepem-117 membrane and aprotic solvents | |
| Maheshwaran et al. | Mg2+ conducting polymer gel electrolytes: physical and electrochemical investigations | |
| Yusof et al. | Ion dynamics in methylcellulose–LiBOB solid polymer electrolytes | |
| Kayumov et al. | Conductivity of lithium-conducting Nafion membranes plasticized by binary and ternary mixtures in the sulfolan–ethylene carbonate–diglyme system | |
| Prabakaran et al. | Enhancement of the electrochemical properties with the effect of alkali metal systems on PEO/PVdF-HFP complex polymer electrolytes | |
| Aziz et al. | Enhancing ionic conductivity in MC: NaCl polymer electrolytes through glycerol optimization: structural and electrochemical perspectives | |
| Hadi | Influence of plasticizer on structural, electrical, and electrochemical properties of polyvinyl alcohol-chicken gelatin solid polymer electrolytes | |
| Guo et al. | A gel polymer electrolyte film based on chitosan derivative and ionic liquid for the LiFePO4 cathode solid Li metal battery | |
| Verma et al. | Development of Na+ ion conducting solid biopolymer electrolytes based on Na-CMC-SPA hydrogel | |
| Nandhinilakshmi et al. | Fabrication of high-performance symmetrical supercapacitor using lithium iodide-based biopolymer electrolyte | |
| Leones et al. | Effect of the alkyl chain length of the ionic liquid anion on polymer electrolytes properties | |
| Nizam et al. | Enhanced ionic conduction properties of alginate-PVA biopolymer blend electrolytes doped with NH4I |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 20180329 |
|
| FG3A | Patent granted, date of granting |
Effective date: 20211110 |