SI24590A - Kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid v vlogi separatorja v Ĺľveplovih akumulatorjih - Google Patents
Kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid v vlogi separatorja v Ĺľveplovih akumulatorjih Download PDFInfo
- Publication number
- SI24590A SI24590A SI201300414A SI201300414A SI24590A SI 24590 A SI24590 A SI 24590A SI 201300414 A SI201300414 A SI 201300414A SI 201300414 A SI201300414 A SI 201300414A SI 24590 A SI24590 A SI 24590A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- substituted
- graphene oxide
- battery according
- reduced graphene
- separator
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 95
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 26
- -1 4- (trifluoromethyl) phenyl Chemical group 0.000 claims description 54
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 32
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 14
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 9
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 9
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 7
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 7
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 claims description 7
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 6
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 6
- 125000001255 4-fluorophenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C(*)=C([H])C([H])=C1F 0.000 claims description 5
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 125000005037 alkyl phenyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 4
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 3
- 125000002877 alkyl aryl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 3
- 125000000547 substituted alkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 claims description 3
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims 2
- 229910003003 Li-S Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000005418 aryl aryl group Chemical class 0.000 claims 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 34
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical class C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 18
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 18
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 17
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 17
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 11
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 8
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 8
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 8
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 6
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 5
- 241000894007 species Species 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 4
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 4
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-dimethylformamide Substances CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 3
- 125000004453 alkoxycarbonyl group Chemical group 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 3
- IKLQCZFWTGJMFM-UHFFFAOYSA-N 4-(trifluoromethyl)benzenediazonium Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=C([N+]#N)C=C1 IKLQCZFWTGJMFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004414 alkyl thio group Chemical group 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 2
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical group [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 125000002346 iodo group Chemical group I* 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N monobenzene Natural products C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002950 monocyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 125000001624 naphthyl group Chemical group 0.000 description 2
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 2
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 2
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2-tetrafluoroethane Chemical compound FCC(F)(F)F LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 1H-indene Natural products C1=CC=C2CC=CC2=C1 YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNVFCXUZQGCXPB-UHFFFAOYSA-N 4-(trifluoromethylsulfonyl)aniline Chemical compound NC1=CC=C(S(=O)(=O)C(F)(F)F)C=C1 GNVFCXUZQGCXPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRZCOLNOCZKSDF-UHFFFAOYSA-N 4-fluoroaniline Chemical compound NC1=CC=C(F)C=C1 KRZCOLNOCZKSDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZMGYPLQYOPHEL-UHFFFAOYSA-N Boron trifluoride etherate Chemical compound FB(F)F.CCOCC KZMGYPLQYOPHEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen disulfide Chemical compound SS BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QZRGKCOWNLSUDK-UHFFFAOYSA-N Iodochlorine Chemical compound ICl QZRGKCOWNLSUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001216 Li2S Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- UXXVKDDXBCOQHG-UHFFFAOYSA-M [Cl-].[Cr+] Chemical compound [Cl-].[Cr+] UXXVKDDXBCOQHG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BNOODXBBXFZASF-UHFFFAOYSA-N [Na].[S] Chemical compound [Na].[S] BNOODXBBXFZASF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 125000005073 adamantyl group Chemical group C12(CC3CC(CC(C1)C3)C2)* 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000004390 alkyl sulfonyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004103 aminoalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229940111121 antirheumatic drug quinolines Drugs 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000005840 aryl radicals Chemical class 0.000 description 1
- 125000004104 aryloxy group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021398 atomic carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000852 azido group Chemical group *N=[N+]=[N-] 0.000 description 1
- 150000001556 benzimidazoles Chemical class 0.000 description 1
- ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N benzo-alpha-pyrone Natural products C1=CC=C2OC(=O)C=CC2=C1 ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOJUPLGTWVMSFF-UHFFFAOYSA-N benzothiazole Chemical class C1=CC=C2SC=NC2=C1 IOJUPLGTWVMSFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002619 bicyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001246 bromo group Chemical group Br* 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000001671 coumarin Nutrition 0.000 description 1
- 125000000332 coumarinyl group Chemical class O1C(=O)C(=CC2=CC=CC=C12)* 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 125000004663 dialkyl amino group Chemical group 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000012954 diazonium Substances 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-O diazynium Chemical compound [NH+]#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 125000001207 fluorophenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 1
- 125000001188 haloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002460 imidazoles Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 125000003454 indenyl group Chemical group C1(C=CC2=CC=CC=C12)* 0.000 description 1
- 150000002475 indoles Chemical class 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000003854 isothiazoles Chemical class 0.000 description 1
- 150000002545 isoxazoles Chemical class 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 150000002780 morpholines Chemical class 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SLFVYFOEHHLHDW-UHFFFAOYSA-N n-(trifluoromethyl)aniline Chemical compound FC(F)(F)NC1=CC=CC=C1 SLFVYFOEHHLHDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004108 n-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000004123 n-propyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002898 organic sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002916 oxazoles Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 125000000951 phenoxy group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(O*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 125000000286 phenylethyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 150000004885 piperazines Chemical class 0.000 description 1
- 150000003053 piperidines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 150000003212 purines Chemical class 0.000 description 1
- 150000003217 pyrazoles Chemical class 0.000 description 1
- 150000003233 pyrroles Chemical class 0.000 description 1
- 125000002943 quinolinyl group Chemical class N1=C(C=CC2=CC=CC=C12)* 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 125000003107 substituted aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000004867 thiadiazoles Chemical class 0.000 description 1
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 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
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/431—Inorganic material
- H01M50/434—Ceramics
- H01M50/437—Glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/44—Fibrous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
-
- 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)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Žveplo vsebujoči akumulator je sestavljen iz katode, anode, elektrolita in separatorja. Separator vsebuje kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid s hidrofobno površino.
Description
Področje izuma
Predloženi izum se nanaša na novi tip grafenskega materiala kot separator za uporabo v žveplovih akumulatorjih in akumulatorjih, ki vsebujejo žveplove spojine.
Stanje tehnike
V zadnjem času je zaradi povečanja števila energetskih naprav, prišlo do postopnega povečanja povpraševanja, za čisto, učinkovito ter varno električno energijo. Najpogosteje uporabljeni akumulatorski sistemi za shranjevanje električne energije temeljijo na osnovi Liionske tehnologije, ki imajo relativno visoko energijsko gostoto. Zaradi pričakovanega prihoda elektro mobilnosti je zaželeno povečati sedanjo energijsko gostoto akumulatorjev. Litij-žveplovi (Li-S) akumulatorji imajo zelo visoko teoretično kapaciteto, 1675 mAh/g in energijsko gostoto, 2600 Wh/kg. Zaradi teh lastnosti se štejejo za resnega kandidata v bodočih sistemih shranjevanja električne energije v električnih avtomobilih. Zaradi številnih pomankjivosti te tehnologije, njihova komercialna uporaba, trenutno še ni doživela pravega komercialnega preboja.
Med praznjenjem Li-S akumulatorja se litij raztaplja iz anodne površine, ter se vključuje v žveplo ali v alkalijsko kovinsko polisulfidno sol. Med polnjenjem pa se litij odlaga na anodo. To pa je v nasprotju z litij-ionskimi celicami, kjer se litij vgradi v anodo in katodo. Zaradi tega ima Li-S višjo litijevo shranjevalno energijo. Med praznjenjem akumulatorja se polisulfidi reducirajo na površini katode:
Sg —> Li2Ss —> Li2S6 —► Li2S4 —>· Li2S3—* Li2S2—> Li2S
Na nasprotni strani poroznih ali vlaknasto poroznih separatoijev, se na površini katode tvorijo žveplovi polimeri:
Li2S —> Li2S2 —> Li2S3 —> Li2S4 —> Li2S6 —* Li2Sg —> Sg
Takšne reakcije so podobne tistim, ki nastajajo v natrij-žveplovih akumulatoijih. Problem v vseh žveplo vsebujočih akumulatorjih, so nezaželene reakcije v elektrolitu. Na primer S in Li2S so relativno netopni v večini elektrolitov, medtem ko ostali žveplovi polisulfidi so topni.
Topnosti litijevih polisulfidov (Li2Sn, n = 2, 3, 4, 6, 8) v elektrolitih ter difuzija polisulfidov iz anode do katode oziroma obratno povzročata ireverzibilno izgubo aktivnega žvepla.
Separator je ena pomembnejših komponent v žveplo vsebujočih akumulatorjih. Njegova naloga je, da elektronsko loči pozitivno in negativno elektrodo v elektrokemijski celici. Vloga separatorja je tudi, da omeji količino difuzije polisulfidov med anodo in katodo. Separator je pogosto sestavljen iz poroznega filma ali vlaknastega materiala. Služi kot rezervoar za elektrolit. Komercialni porozni ali vlaknasti separator je običajno iz poliolefina (polietilen in polipropilen) ali iz steklenih vlaken. Kot material za separator so pred kratkim predlagali uporabo tankih keramičnih filmov ali keramičnih polnil (delci) v kombinaciji veziva polivinilidenfluorida (PVDF). Idealni material iz katerega je separator je takšen, kateri je inerten na ostale snovi v elektrokemijski celici. Separator mora biti tanek, upogljiv ter mora vsebovati dobro mehansko trdnost. Slednje je še posebej pomembno pri cilindričnih elektrokemijskih celicah.
Tipični materiali, ki se uporabljajo za separator so porozni poliolefinski filmi in porozni papirji iz steklenih vlaken, predvsem zaradi dobrih mehanskih lastnosti in prožnosti. Takšni materiali imajo pogosto visoko poroznost in s tem tudi visoko prepustnost za polisulfide. Eden od razlogov za hitro zmanjšanje zmogljivosti Li-S in s tem omejeno življenjsko dobo (približno 10 do približno 100 ciklov) je prepustnost separatorja za polisulfide. Difuzijo polisulfidov od katode do anode lahko učinkovito ustavimo, z uporabo keramičnih separatoijev v obliki neporozne membrane prevodne za litijeve ione. Uporabo keramičnih separatorjev v cilindričnih akumulatrojih omejuje njihova nizka ionska prevodnost in krhkost. Da se izognemo težavam s stabilnostjo, lahko keramična polnila vgradimo v polimerno matrico. Vendar s tem dobimo veliko praznih prostorov med keramičnimi polnili (visoko poroznost), kar je seveda neproduktivno. Neproduktivno pa je zaradi tega, ker s tem lahko polisulfidi difundirajo skozi te pore stran s katodnega kompozita. To pa vodi do ireverzibilne izgube v kapaciteti.
Novejša literatura predlaga uporabo hidrofobne polimerne membrane Nafion® kot separator, ker naj bi tako preprečili nezaželeno difuzijo polisulfidov do določene mere. Nafion® je znani sulfonirani tetrafluoroetilen, kateri temelji na fluoropolimer-kopolimer strukturi. Nafion® je bil odkrit v poznih letih 1960. Je prvi sintetični polimer z ionskimi lastnosti. Skupina polimerov s takšnimi lastnosti se imenujejo ionomeri. Dobre ionske lastnosti Nafiona® izhajajo iz integracije perfluorovinilskih etemih terminalnih skupin s sulfonskimi skupinami v tetrafluoroetilensko (Teflon®) strukturo. Če se Nafion® uporabi kot separator v Li-S akumulatorjih, se ga tanko nanese na površino porozne električno prevodne membrane. Pri uporabi separatorjev na katerih je bil nanošen film Nafiona®, se pokaže da se zmanjša izguba kapacitete iz cikla v cikel. Poveča se tudi izkoristek naboja v samem ciklu.
Grafen je ena od kristaliničnih oblik ogljika, poleg diamanta, grafita, ogljikovih nanocevk ter fulerena. V grafenu so ogljikovi atomi razporejeni v dvodimenzionalno plast s heksagonalno ponavljajočimi vzorci. Grafen lahko še opišemo kot enoatomsko debelo plast minerala grafita. Kakovosten grafen je zelo močen, lahek, skoraj prozoren in odličen prevodnik toplote in električne energije. Materiali na osnovi grafena so obetavni za različne potencialne aplikacije.
»Reducirani grafenov oksid« (RGO) je eno atomska plast ogljika, katera je bila ustvarjena s kemijsko eksfoljacijo grafitnega prahu do grafenovega oksidnega filma, kateremu je sledila redukcija do RGO lističev. To pa predstavlja učinkovito sintezno pot za masovno proizvodnjo enoplastnih grafenovih materialov.
Uporaba RGO lističev kot separatorja v žveplo vsebujočih akumulatorjih, kot so Li-S akumulatorji, je znana iz literature (Wang, Z. et al. 2012, v tisku: “Synthesis of fluorinated graphene with tunable degree of fluorination.” Carbon, 2012). Avtorji so RGO lističe v Li-S akumulatorju stisnili v “sendvič” med žveplovo katodo in separatorjem. Izboljšane elektrokemijske lastnosti so pripisali preostalim polarnim epoksidnim in karboksilnim skupinam na površini RGO lističev. Polarne skupine pogosto ostanejo na površini RGO lističev zaradi nepopolne redukcije grafenovega oksida. Zaradi preostalih polarnih (hidroksilne, karboksilne ter epoksidne) skupin na površini RGO materiala, so avtorji predpostavili, da koristno zadržujejo ter sprejmejo žveplo in polisulfide na katodni strani akumulatorja. Uporaba separatorja iz RGO lističev s hidrofilno površino v Li-S akumulatorjih izboljša elektrokemijsko delovanje. Ampak je še vedno daleč od idealnega. Zaželena je čim manjša izguba kapacitete iz cikla v cikel ter povečan izkoristek naboja.
Postopek modifikacije površine grafenovega oksidnega materiala do produkta s hidrofobno površino je splošno zano (Wang, Z. et al. 2012, v tisku: “Synthesis of fluorinated graphene with tunable degree of fluorination.” Carbon, 2012). Fluorinaje grafenovih oksidnih lističev poteče preko hidrotermalne reakcije med homogeno dispergiranimi grafenovimi oksidnimi lističi ter fluorovodikovo kislino (HF). Rezultat reakcije je material s hidrofobno površino
grafeno oksidnih lističev. Fluorinirani grafenov oksid je znan tudi iz Akshay et al. 2012 (“Synthesis of fluorinated graphene oxide and its amphiphobic properties”, Part. Part. Syst. Charact., 30:266-272), in Robison et al. 2010 (“Properties of fluorinated graphene films”, Nano Lett., 10: 3001-3005). V Li-S akumulatorjih uporaba takšnih RGO-jev s hidrofobnimi lastnosti v vlogi separatorja ni še znana.
Kemijsko modifikacijo RGO z uporabo hidrofobnih organskih substituentov so opisali Lomeda et al. (2008, Diazonium functionalization of surfactant-wrapped chemically converted graphene sheets”, JACS130: 16201-16206), citirano s strani Dreyer et al. (2010, “The chemistry of graphene oxide”, Chem. Soc. Rev., 39:228-240, see Figure 16). V Li-S akumulatorjih uporaba takšnih RGO-jev s hidrofobnimi organskimi skupinami v vlogi separatorja ni še znana.
Delovanju žveplo vsebujočih akumulatorjev, kateri vsebujejo separatorje, ki temeljijo na osnovi RGO-ja v primerjavi s komercialno dostopnimi separatorji je boljše. Ampak zaželeno je še bodoča izboljšava. Zlasti v izgubi kapacitete iz cikla v cikel.
Povzetek izuma
Predloženi izum predlaga uporabo separatorja s kemijsko modificiranim reduciranim grafenovim oksidom (CMRGO) v žveplo vsebujočih akumulatorjih, kot na primer v Li-S akumulatorji. Izum se nanaša na žveplo vsebujoče akumulatorje, Li-S akumulatorje, kateri so bolj učinkoviti, ter imajo daljšo življenjsko dobo. Uporaba CMRGO zniža izgubo kapacitete iz cikla v cikel ter poveča izkoristek naboja.
Predloženi izum se nanaša na akumulator na osnovi žveplove katode, ki je sestavljen iz katode, anode, elektrolita ter separatorja, ki je sestavljen iz kemijsko modificiranega reduciranega grafenovega oksida s hidrofobnimi lastnosti.
Predloženi izum se nadalje nanaša na žveplo vsebujoče akumulatorje. Ti vsebujejo katodo, anodo, elektrolit ter separator, ki je sestavljen iz kemijsko modificiranega reduciranega grafenovega oksida (CMRGO) s strukturo:
RGO[-X]q, kjer je: RGO reducirani grafenov oksid; vsak X je neodvisno izbran iz skupine katero jo sestavljajo ali halogen, substituirani in nesubstituirani alkil, substituirani in nesubstituirani alkenil, substituirani in nesubstituirani alkoksi, substituirani in nesubstituirani aril, substituirani in nesubstituirani alkilaril, substituirani in nesubstituirani arilalkil, substituirani in nesubstituirani cikloalkil in substituirani in nesubstituirani heterocikel; prednostno substituirani aril; in q je celo število, katero je večje od nič.
V eni izvedbi je vsaj en substituirani X, substituiran s halogenom, prednostno je Fsubstituiran ali CF3-substituiran.
V drugi izvedbi je vsak od X substituiran s halogen, prednostno F-substituiran ali CF3substituiran.
V še drugi izvedbi vsaj en substituirani X obsega sulfonilno skupino.
V še drugi izvedbi je vsak X neodvisno izbran iz skupine, katero sestavljajo -F, - CF3, fluoriran alkil C2-Ci2, fluoriran alkenil C3-C12, fluoriran fenil, fluoriran alkilfenil, 4fluorofenil, 4-(trifluorometil) fenil ter 4-((trifluorometil)sulfonil) fenil.
V še drugi izvedbi so vsi X enaki
V predloženi izvedbi, CMRGO vsebuje kovalentno vezane aromatske skupine, kot so benzen vsebujoče skupine. Te vsebujeje v para poziciji fluor ali fluorirane funkcionalne skupine.
V še eni izvedbi 1 do 95% ali 2 do 90%, ali 4 do 80%, ali 10 do 70% ogljikovih atomov tvorijo vzorec heksagonalni vzorec ogljikovih atomov RGO-ja substituiranih z X.
Zaželeno je, daje akumulator, Li-S akumulator.
V še drugi izvedbi ima CMRGO atomsko razmerje C:O enako ali večje od 5, na primer, od 5 do 1000, ali 5 do 100, ali od 5 do 50, ali od 5 do 20, ali od 9 do 20. C:O razmerje je lahko neskončno, na primer takrat, ko ni nobenega kisika prisotnega v CMRGO materialu.
V še drugi izvedbi CMRGO vsebuje od 10 do 80% heteroatomov (tj. neogljikovi atomi), v primerjavi s številom ogljikovih atomov v CMRGO.
V še drugi izvedbi CMRGO vsebuje dušik.
Dušik je zaželeno prisoten v atomskem razmerju C:N nad 5, na primer, od 5 do 100, ali od 5 do 20, ali od 10 do 20. Prisotnost dušika v CMRGO-ju je pogosto posledica redukcije grafenovega oksida s hidrazin hidratom.
V še drugi izvedbi separator porozen film ali vlaknaste plasti, kot so steklena vlakna.
V še drugi izvedbi je CMRGO podprt s poroznim filmom ali vlaknasto plastjo.
V še drugi izvedbi CMRGO je samostoječ in ločen od porozne folije ali vlaknastih plasti v strukturi separatorja.
V še drugi izvedbi CMRGO material tvori stične plasti med CMRGO s separatorsko strukturo. Stične plasti imajo debelino zaželeno med 0.1 to 100 pm, ali 1 to 50 pm, ali 10 to 50 pm.
V še drugi izvedbi je CMRGO iz vsaj 3, ali 5, ali 10 plasti, zaželeno pa ne več kot 100 plasti CMRGO-ja. Druge izvedbe, ki v povprečju imajo 1-50, 2-40 in 3-30 plasti so tudi možne.
V še drugi izvedbi je CMRGO pomešan z vezivom, zaželeno iz skupine, ki obsega PVDF, PTFE, EPDM in ΡΕΟ. V še drugi izvedbi je masno razmerje med vezivom in CMRGO od 1 do 25 wt.%.
Zaželeno je, da je CMRGO inerten do elektrolita, litijeve anode ter katodnega kompozita.
Plast (zlasti samostoječa plast), katera je od CMRGO-ja v separatorju, je zaželeno da je prepustna za litijeve ione.
Drugi vidik izuma se nanaša na uporabo CMRGO-ja, kateri ima zgoraj opisano strukturo in lastnosti, kot separator v žveplo vsebujočih akumulatorjih, kot je Li-S akumulator.
Še en vidik izuma se nanaša na metodo za izdelavo žveplo vsebujočih akumulatorjev, ki obsegajo katodo, anodo, elektrolit in separator. Postopek obsega pripravo modificiranega reduciranega grafenovega oksidnega materiala, kateri ima zgoraj opisano strukturo in lastnosti, ter integracijo modificiranega reduciranega grafenovega oksida za separatorsko strukturo.
Zaželeno je, da stopnja priprave modificiranega reduciranega grafenovega oksidna vključuje funkcionalizacijo reduciranih grafenovih oksidnih lističev z izbranimi reagenti iz skupine, katero jo sestavljajo fluorobenzendiazonijev, 4-(trifluorometil)benzendiazonijev in 4((trifluorometil)sulfonil)benzendiazonij ev tetrafluoroborat.
Še en vidik izuma se nanaša na nov material na osnovi kemijsko modificiranega reduciranega grafen oksida s strukturo RGO[-X]q, kjer je RGO reduciran grafenov oksid, medtem ko X neodvisno izberemo iz skupine katero sestavljajo s fluorom-substituirani alkili, s fluorom substituirani alkenili, s fluorom substituirani arilalkili, s fluorom-substituirani arili, s fluoromsubstituirani alkilarili, s fluorom-substituirani arilalkili, s fluorom-substituirani cikloalkili in s fluorom-substituirani heterocikli; prednostno je s fluoro-substituiran aril in q je celo število, ki je večje od nič. Substitucija s fluorom je v tem pogledu prednostnonadomestitev s -F ali CF3. Novi materiali, kažejo presenteljive lastnosti, ko se uporabljajo v akumulatorjih po postopku, ki je podan v izumu. V drugih prednostnih izvedbah je X izbran iz skupine, ki jo sestavljajo - CF3, fluoriran C2 - Ci2 alkil, fluoriran C3 - C,2 alkenil, fluoriran fenil, fluoriran alkilfenil, 4 -fluorofenil, 4 - ( trifluorometil) fenil in 4 - ( ( trifluorometil ) sulfonil ) fenil; prednostno fluoriran fenil, fluoriran alkilfenil, 4 - fluorofenil, 4 - (trifluorometil) fenil, in 4 - ( (trifluorometil) sulfonil ) fenil, najbolj prednostno 4 - fluorofenil, 4 - (trifluorometil) fenil, in 4 - ((trifluorometil) sulfonil) fenil.
Kratki opis slik
Slika 1 prikazuje elektronsko mikroskopsko sliko separatorja skupaj z CMRGO. Material je nanesen na nosilno plast iz steklenih vlaken.
Slika 2 prikazuje še eno elektronsko mikroskopsko sliko separatorja skupaj z CMRGO pri nižji povečavi.
Slika 3 prikazuje specifično kapaciteto Li-S akumulatorja. Konvencionalni Li-S akumulatorje v primerjavi z Li-S akumulatorjem, kateri vključuje CMRGO po izumu.
Podrobni opis izuma
Kakor se tukaj uporablja, in če ni drugače navedeno, izraz »katoda« opisuje pozitivno elektrodo in »anoda« negativno elektrodo v elektrokemijski celici ali akumulatorju.
Izraz »akumulator« se uporablja za označevanje skupine enega ali več urejenih elektrokemijskih celic tako, da zagotavljajo električno energijo. Izraz »celica«, »elektrokemijska celica« in »akumulator« se lahko izmenično uporablja.
• · · · »Elektrolit« se razume v okviru tega izuma, kot določena tekočina, katera vsebuje topilo in elektrolite v raztopljeni obliki. Zaželeno je, da litij ne reagira z elektrolitom. Zaželeno je tudi, da elektrolit vsebuje litijeve ione. Elektrolit je lahko tekočina ali pa v obliki gela. Elektrolit je lahko v elektrolitskem mediju prisoten v količini od 0,2 do 2,0 M, od 0,3 do 1,5 M, od 0,5 do 1,2 M. Primeren elektrolit, v predloženem izumu je splošno znan. Nanaša se na elektrolite, navedene v odstavkih [0093] do [0096] po WO 2013/109824, katera je specifična vsebina odstavkov navedena, v kolikor je to dovoljeno. V zaželeni izvedbi elektrolit vsebuje polarno topilo v kateri je raztopljena litijeva sol. Topilo je lahko iz družine glikol etrov, sulfolanov in etrov.
»Grafen« se razume v okviru tega izuma, kot eden od kristalnih oblik ogljika. Grafen je iz pravilno razporejenih ogljikovih atomov v dvodimenzionalni heksagonalni vzorec. Heksagonalni vzorec se imenuje tudi satovje. Zaželeno je, da so grafenovi lističi sestavljeni iz ene plasti heksagonalnega ogljikovega vzorca. Posamezna molekula grafena, je v okviru izuma znana tudi kot »grafenovi lističi«. Po eni izvedbi, je »grafen« iz definiranih molekul, ki sestojijo iz urejenega dvodimenzionalnega heksagonalnega vzorca ogljikovih atomov. Zaželeno je, da je iz ene heksagonalne ponavljajoče plasti. Grafenovi lističi ponavadi ne vključujejo velikega števila lukenj in praznin v heksagonalnem vzorcu. V predstavljeni izvedbi izuma, je zaželeno da so grafenove plasti ali molekule iz samo ogljikovih atomov. Ogljikovi atomi niso zamenjani z substituenti. Grafenv kontekstu izuma, lahko vsebuje več ko 95%, več kot 99% ali več kot 99.9%, zaželeno 100% ogljikovih atomov na celotnos število atomov v molekuli grafena.
V predstavljenem izumu, »grafenov oksid« se razume kot oksidirana oblika grafena. Zaželeno je, da oksidirana oblika grafena vsebuje hidroksi, karboksi, in/ali epoksi funkcionalne skupine. Zaželeno je, da so hidroksi, karboksi, in/ali epoksi funkcionalne skupine kovalentno vezane na dvodimenzionalni heksagonalni vzore ogljikovih atomov. V eni izvedbi grafen oksidne molekule, lahko opredelimo kot pravilni heksagonalni vzorec oblikovan iz ogljikovih atomov, ki vsebujejo vsaj eno funkcionalno skupino, hidroksidno, karboksilno in epoksidno skupino. Alternativno se lahko grafenov oksid opiše kot pravilni heksagonalni vzorec oblikovan iz ogljikovih atomov, kjer je vsaj en ogljikov atom kovalentno vezan z hidroksidno, karboksilno in epoksidno skupino. V priloženem izumu je zaželeno, da grafenov oksid ima atomsko razmerje med ogljikom in kisikom (C:O) nižje od 5, zaželeno od 2 do 5. V izvedbi je zaželeno, da grafenov oksid je definiran kot molekula, katera vsebuje pravilno razporejene heksagonalne ogljikove atome. En del ogljikovih atomov je posamično substituiran z eno od hidroksilno, karboksilno ali epoksidno funkcionalno skupina, kjer je molekulsko razmerje C:O manjše od 5.
V kontekstu izuma, »reducirani grafenov oksid« (RGO), se razume kot produkt reakcije med grafenovim oksidom ter reducimim reagentom, na primer, hidrazin hidratom. Iz tega sledi, da RGO lahko definiramo kot molekulo sestavljeno iz heksagonalnega vzorca ogljikovih atomov (zaželeno je, daje iz enojne heksagonalne plasti ogljikovih atomov). Pri čemer je vsaj en del ogljikovih atomov substituiran z hidroksilno, karboksilno ali epoksidno funkcionalno skupino. Redukcija grafenova oksida vodi do eliminacije ogljikovih atomov iz dvodimenzionalne heksagonalne strukture. Zaradi tega v RGO-ju lahko nastanejo luknje (oz praznine ali nezasedeni prostori) v heksagonalnem vzorcu ogljikovih atomov. Heksagonalna struktura lahko ima od 0,1 do 40%, ali od 1 do 30%, ali od 1 do 20% nezasedenih prostorov. Redukcija grafenovega oksida je lahko nepopolna. Zaradi tega, lahko RGO še vsebuje kisik vsebujoče funkcionalne skupine (hidroksi, karboksi in epoksi). Želeno razmerje v RGO C:O je enako ali večje kot 5:1. Elektronske lastnosti RGO, so precej drugačne od grafena (Tung et al., Nature Nanotech, 4: 25 (2009)).
V predloženem izumu, se izraz »kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid« (CMRGO) nanaša na RGO, kateri je kemijsko modificiran, na primer tako, da ima hidrofobno površino.
V priloženem izumu, je zaželeno, da so ogljikovi atomi heksagonalne strukture substituirani s hidrofobnimi substituenti (»X« iz povzetka izuma) od 0,1 do 50%, ali od 1 do 50%, ali od 2 do 40%, ali od 5 do 40%. Želeno je da CMRGO izuma ima C:O razmerje enako ali večje kot 5, na primer od 5 do 100, ali od 5:1 do 1000:1
Površina se šteje za »hidrofobno površino«, če površina pokaže omakalni kot enak ali večji od 90° po standardni metodi ISO 15989:2004. Testiranje in določitev hidrofobnosti za CMRGO, se izvede tako, da se tvori neprekinjen film z omakalnim kotom 90°. Material se šteje, da ima hidrofobno površino, če se tvori neprekinjen film hidrofobne površine, kot je določeno po standardu ISO 15989:2004.
V priloženem izumu, beseda »separator« se razume kot, struktura ki loči anodo in katodo v akumulatorju. Separator je lahko iz porozne folije, ali vlaknast ali oboje. V akumulatorju ali elektrokemijski celici je porozni film ali vlaknasta struktura razporejena med anodo in katodo. Separator lahko sprejme elektrolit. Po izumu je separator material CMRGO. CMRGO je lahko samostoječ (ni potrebe po podporni strukturi) ali je deponiran na ali v trdni nosilec iz poroznega filma ali vlaken. Če je prisotna podporna struktura, je zaželeno, da je CMRGO deponiran na njej. Poleg poroznega filma ali vlaknastih plasti, lahko tudi CMRGO tvori ločene plasti. Te plasti se nato prištejejo h separatoiju v akumulatorju. V skladu z izumom, separator vsebuje neprekinjeni film, sestavljen iz več plasti molekul ali lističev CMRGO-ja. Debelina filma je lahko od 1 do 1000 plasti, ali od 10 do 500 plasti, ali od 10 do 100 plasti materiala CMRGO-ja.
V priloženem izumu se vsaka pritrjena funkcionalna skupina razume kot »substituent«. Zaželeno je, da so substituenti v priloženem izumu, hidrofobne molekule, tj. preko funkcionalizacije površine CMRGO-ja s substituenti, ustvarimo hidrofobno površino. Substituent ali substituenti v predlaganem izumu so predsnostno porazdeljeni po ploskvi v CMRGO materialu, kar vodi do hidrofobnih površin, kot je definirano zgoraj. Prednostni substituenti so izrecno spodaj navedeni, zlasti tisti, ki so označeni z “X” v priloženih zahtevkih. Ti vključujejo halogene, kot fluor, klor, brom; substituirane ali nesubstituirane organske spojine, substituirane organske spojine s halogeni, in ostale. S spreminjanjem količine in tipa hidrofobnih substituentov na površini separatorja iz CMRGO-ja lahko kontroliramo prepustnost za litij in polisulfide.
Izraz »žveplova spojina«, se nanaša na katero koli spojino, ki vsebuje vsaj en žveplov atom, na primer elementarno žveplo. Ta izraz se lahko še nanaša na žveplove spojine kot na primer litijirane žveplove spojine, katere vključujejo disulfidne in polisulfidne zvrsti. Primerne žveplove spojine za litijeve akumulatorje so že znane Naoi et al. 1997 (A New Entergy Storage Material: Organosulfur Compounds Based on Multiple Sulfur- Sulfur Bonds, J. Electrochem. Soc, 144(6): L170- L172).
Izraz »alkil« se nanaša na razvejan ali nerazvejan ogljikovodikov radikal. Taje iz ogljikovih in vodikovih atomov, kateri niso nasičeni. Ima od enega do osem ogljikovih atomov, kateri so povezani med seboj z enojno vezjo, na primer metil, etil, n-propil, i-propil, n-butil, t-butil, npentil itd. Alkilni radikal je lahko substituiran z enim ali večimi substituenti, kot so aril, halo, hidroksi, alkoksi, karboksi, ciano, karbonil, acil, alkoksikarbonil, amino, nitro, merkapto, alkiltio, itd. Če je kje arilni substituent imamo »aralkil« radikal kot benzil in feniletil.
Izraz »alkenil« se nanaša na alkilni radikal, kateri ima vsaj dva ogljikova atoma, katera imata eno ali več nenasičenih vezi.
Izraz »cikloalkil« se nanaša na stabilen 3- do 10- členski monociklični ali biciklični radikal. Je nasičen ali delno nasičen. Sestavljajo ga samo ogljikovi in vodikovi atomi, na primer cikloheksil ali adamantil. Cikloalkil je lahko substituiran z alkil, halo, hidroksi, amino, ciano, nitro, alkoksi, karboksi, alkoksikarbonil, itd.
Izraz »aril« se nanaša na eno ali veččlenski radikalni obroč. Tipična arilna skupina vsebuje od 1 do 3 ločenih ali kondenziranih obročev ali od 6 do 8 ogljikovih obročev, na primer fenilni, naftilni, indenilni, fenantrilni ali antracilni radikal. Arilni radikal je lahko substituiran z enim ali več substituenti kot na primer hidroksi, merkapto, halo, alkil, fenil, alkoksi, haloalkil, nitro, ciano, dialkilamino, acil, alkoksikarbonil, itd.
Izraz »heterocikel« se navezuje na stabilne 3 do 15 členske radikalne obroče. Ti vsebujejo ogljikove atome in enega do pet heteroatomov (dušik, kisik ali žveplo). Zaželeno je da so 4 do 8 členski obroči z enim ali več heteroatomi, 5 ali 6 členski obroči z enim ali več heteroatomi. Lahko so aromatski. Za namen tega izuma, je heterocikel lahko monociklični, biciklični ali triciklični obročni sistem. Dušikovi, ogljikovi ali žveplovi atomi v heterocikličnem radikalu so lahko oksidirani; dušikov atom je lahko kvartemiziran; heterociklični radikal je lahko delno ali celotno nasičen ali aromatski. Primeri heterociklov so azapini, benzimidazoli, benztiazoli, furani, izitiazoli, imidazoli, indoli, piperidini, piperazini, purini, kinolini, tiadiazoli, tetrahidrofurani, kumarini, morfolini, piroli, pirazoli, oksazoli, izoksazoli, triazoli, imidazoli, itd.
Izraz »alkoksi« se nanaša na radikal s formulo -ORa, kjer je Ra alkilni radikal. Primeri alkoksi radikalov: metoksi, etoksi, propoksi, itd.
Izraz »amino« se nanaša na radikal s formulo -NH2, -NHRa ali -NRaRb· Ra in Rb sta alkilna radikala. Lahko je kvatemiziran.
»Halo« ali »halogen« se nanaša na bromo, kloro, jodo, ali fluoro. Zaželeno je daje fluoro.
»Substituirana« skupina (kot na primer »substituiran alkil«, itd) v predstavljenem izumu se nanaša na določeno zvrst, katera je lahko enkrat ali večkrat substituirana. Substituirana je lahko z določenimi funkcionalnimi skupinami, na primer s halogeni (fluoro, kloro, bromo in jodo), ciano, azido, acil, karboksiamido; alkilne skupine z 4 do 12 ogljikovimi atomi ali od 1 do 6 ogljikovih atomov, zaželeno je od 1-3 ogljikovih atomov; alkenilne ali alkinilne skupine z eno ali več nenasičenimi vezmi in od 2 do 12 ogljikovih atomov, ali od 2 do 6 ogljikovih atomov; alkoksi skupine z enim ali več kisikovimi atomi in od 1 do 12 ali od 1 do 6 ogljikovih atomov; ariloksi (fenoksi); alkiltio skupino z enim ali več tioetemimi skupinami in od 1 do 12 ali od 1 do 6 ogljikovimi atomi; alkilsulfonil skupina ima eno ali več sulfonilnih zvrsti ter 1 do 12 ogljikovih atomov ali 1 do 6 ogljikovih atomov; aminoalkilna skupina ima enega ali več dušikovih atomov in 1 do 12 ogljikovih atomov ali 1 do 6 ogljikovih atomov; aril z šestimi ali več ogljikovimi atomi, fenil ali naftil in aralkil kot benzil.
»Halogen substituirana« skupina v spojinah priloženega izuma, se nanaša na zvrst, ki je na eni ali več prostih mestih substituirana z enim ali več halogenimi atomi (fluoro, kloro, hromo ali iodo). Zaželeno je s fluoro ali kloro, prednostno pa s fluoro.
Priloženi izum se nanaša na hidrofobni material na osnovi grafena (CMRGO), ter na njegovi uporabi v žveplo vsebujočih elektrokemijskih celicah, kot je Li-S akumulator.
Elektronska separacija litijeve anode ter žveplo vsebujoče katode, se po tem priloženem izumu, doseže z vsaj eno plastjo CMRGO-ja. CMRGO je tako modificiran, da vsebuje vsaj eno hidrofobno zvrst, katera je kovalentno vezana na površino. Hidrofobna zvrst je lahko katerikoli substituent, kateri tvori hidrofobno površino CMRGO-ja. V eni izvedbi je hidrofobna zvrst na para mestu aromatske molekule. Lahko se uporabi kakšna druga hidrofobna zvrst tega izuma. Separator tega izuma je lahko samo stoječi film, kateri je sestavljen iz večplasti CMRGO-ja, ali vsebuje naneseno plast CMRGO-ja na porozni foliji ali vlaknastem papirju. Separator se lahko pripravi kot samstoječi porozni film ali vlaknast separator in dodatno še prednostno samostojec film pripravljen iz večplasti CMRGO-ja. Separator izuma loči dve elektrodi, ter služi kot rezervoar za elektrolit. Služi lahko tudi kot ionski prevodnik litijevih ionov.
Predpostavljamo, da prisotnost hidrofobne površine CMRGO-ja, učinkovito zmanjša difuzijo polisulfidov preko separatorja. Zmanjša se izguba aktivnega materiala (žvepla) v akumulatorju.
V eni izvedbi izuma CMRGO tvori plast na trdnem nosilcu, kot je porozni film ali steklena vlakna. Plast prekriva površino trdnega nosilca. Alternativno CMRGO je lahko deponiran v porozni film, kateri potem podpira tanko plast CMRGO-ja. V porozni film (polimerni film) lahko dispergiramo CMRGO. V eni od izvedbe izuma so dvodimenzionalni delci deponirani na vlaknasti podpori, ali pa na porozni film izolatorskega polimera. Vloga tankega CMRGO filma je, da učinkovito loči anodo in žveplo vsebujočo katodo, ter tvorba ionskega mostu za litijeve ione v elektrolitu med dvema elektrodama. Da elektrolit omoči separator, je CMRGO pripravljen v poroznem ali vlaknastem separatorju.
V izumu je kemijsko modificirani CMRGO inerten v Li-S akumulatorju. Uporaba separatorja na osnovi CMRGO-ja s kovalentno vezanimi hidrofobnimi molekulami pomaga stabilizirati delovanje Li-S akumulatorja in poveča njegovo življenjsko dobo.
CMRGO se lahko zmeša z vezivi ali v njih dispergira. Primer veziv so polivinildienfluorid (PVdF), politetrafluoroetilen (PTFE), etilen-propilen-dien monomer (EPDM), polietilen oksid (PEO) ali katerakoli kombinacija zgoraj omenjenih veziv. Na splošno se veziva lahko izberejo iz družine polimerov, kateri imajo adhezijske lastnosti ter majhne homogene delce. Polimerno vezivo lahko služi kot matrica, v katero lahko dispergiramo CMRGO. Odvisno od CMRGO morfologije, je lahko količina polimernega veziva od 0 do 75 wt.%. Zaželeno je od 1 do 50 wt.% ali med 1 in 25 wt.%. Morfologija CMRGO-ja ter razmerje med CMRGO in vezivom, vpliva na prepustnost in volumen por deponirane plasti CMRGO-ja.
Z uporabo hidrofobnega CMRGO-ja lahko delno ali celotno preprečimo difuzijo polisulfidov iz žveplo vsebujoče katode. Substituenti imajo sposobnost omejiti ali zmanjšati difuzijo polisulfidov k anodi. So združljivi z elektroliti, katere se uporablja v akumulatorjih. CMRGO je inerten na vse komponente v Li-S akumulatorju.
Katerikoli primeren hidrofobni substituent se lahko uporabi. V eni izvedbi je hidrofobni substituent kovalentno vezana aromatska molekula. Prednostno je para substituirana aromatska spojina s fluoriranimi funkcionalnimi skupinami. Zaželeno je, da je hidrofobni substituent fluorofenil, 4-(trifluorometil)fenil, 4-((trifluorometil)sulfonil)fenil ali 4(tetrafluoroetil)fenil. V kombinaciji se lahko uporablja dva ali več od zgoraj naštetih substituentov.
Separator iz CMRGO-ja lahko sprejme ali vpije elektrolit.
CMRGO je iz več plasti. Debelina CMRGO-ja je odvisna od števila plasti. Skupna debelina CMRGO-ja je lahko od 0.1 do 100 pm, odvisna je od substrata, ter kako na gosto so funkcionalne skupina postavljene na površini CMRGO-ja. Zaželeno je, da večslojni film v povprečju vsebuje od 1-500, ali 1-100 ali 10-100 plasti CMRGO-ja.
V eni izvedbi je lahko med žveplovo katodo in poroznim polimernim filmom ali vlaknastem papirju tj. steklena vlakna stisnjen večplastni CMRGO.
CMRGO v priloženem izumu je opredeljen kot material, ki ga dobimo s kemijsko modifikacijo RGO-ja. RGO je opredeljen kot material, ki se ga dobi z oksidacijo grafita v prisotnosti KMnO4 in mešanice H2SO4/H3PO4 (v molamem razmerju 9:1) do grafenovega oksida, nato pa z redukcijo v prisotnosti hidrazina do RGO-ja.
Zaželeno je, daje v akumulatoiju izkoristek naboja večji kot 50% , 80% , 90%, 95% , 98% , 99% ali 99% po 30 ciklih uporabe. Izkoristek naboja je definiran kot:
Qatt ηΓ = ~ό, kjer je izkoristek naboja, Qout je električni naboj [C], ki izstopi iz akumulatorja med praznjenjem,
Qinpa naboj [C], ki vstopi v akumulator med polnjenjem.
V akumulatorju je izguba specifične kapacitete [mAh/g] od 10 do 80 cikla manjša od 50%, manjša od 60%, manjša od 70% ali manjša od 80%, gledano na specifično kapaciteto desetega cikla.
Primeri
Primer 1: Sinteza 4-fluorobenzendiazonijevega tetrafluoroborata (po proceduri v Jian, H. H.; Tour, J. M. Journal of Organic Chemistry, 2005, 70, 3396)
4-fluorobenzendiazonijev tetrafluoroborat je sintetiziran po naslednji reakcijski shemi:
F F
BF3OEt?, tert-BuONO, *
THF, -10 °C, 1 h
NH2 n2 bf4
V 250 mL dvo grlno bučko se doda 18 mmol BF3OEt2 v 12 mL suhega tetrahidrofurana. Ohladi se na -10°C in se pri dobrem mešanju doda 4,5 mmol raztopine 4-fluoroanilina v 12 mL suhega tetrahidrofurana. V intervalu 30 min se po kapljicah doda 15,80 mmol tertBuONO. Nastaja rumena oborina. Po dodatku tert-BuONO, reakcijsko zmes mešamo 1 h na -
10°C. Doda se suhi dietil eter (120 mL). Reakcijsko zmes pustimo da se segreje do 0°C, ter jo nato filtriramo z dietil etrom. Izoliramo belo prašnato spojino.
Primer 2: Sinteza 4-(trifluorometil)benzendiazonijevega tetrafluoroborata (po proceduri v Jian, H. H.; Tour, J. M. Journal of Organic Chemistry, 2005, 70, 3396)
4-(trifluorometil)benzendiazonijev tetrafluoroborat je sintetiziran po naslednji reakcijski shemi:
CF3
BF3OEt2, fert-BuONO,
THF, -10 °C, 1 h
N2 bf4
V 250 mL dvo grlo bučko se doda 24,8 mmol BF3OEt2 v 25 mL suhega tetrahidrofurana. Ohladi se na -10°C in se pri dobrem mešanju doda 6,21 mmol raztopine 410 (trifluorometil)anilina v 25 mL suhega tetrahidrofurana. V intervalu 30 min se po kapljicah doda 21,7 mmol tert-BuONO. Nastaja rumena oborina. Po dodatku tert-BuONO, reakcijsko zmes mešamo 1 h na -10°C. Doda se suhi dietil eter (120 mL). Reakcijsko zmes pustimo da se segreje do 0°C, ter jo nato filtriramo z dietil etrom. Izoliramo belo prašnato spojino.
Primer 3: Sinteza 4-((trifluorometil)sulfonil)benzendiazonijevega tetrafluoroborata (po proceduri v Jian, H. H.; Tour, J. M. Journal of Organic Chemistry, 2005, 70, 3396)
4-((trifluorometil)sulfonil)benzendiazonijev tetrafluoroborat je sintetiziran po naslednji reakcijski shemi:
CF3 cf3 o=s=o o=s=o ίΓη BF3OEt2, ferf-BuONO, (|) THF, -10 °C, 1 h * nh2 n2 bf4
V 250 mL dvo grlo bučko se doda 4,08 mmol BF3OEt2 v 10 mL suhega tetrahidrofurana. 20 Ohladi se na -10°C in se pri dobrem mešanju doda 1,02 mmol raztopine 4((trifluorometil)sulfonil)anilina v 10 mL suhega tetrahidrofurana. V intervalu 30 min se po kapljicah doda 3,57 mmol tert-BuONO. Nastaja rumena oborina. Po dodatku tert-BuONO, reakcijsko zmes mešamo 1 h na -10°C. Doda se suhi dietil eter (60 mL). Reakcijsko zmes pustimo da se segreje do 0°C, ter jo nato filtriramo z dietil etrom. Izoliramo belo prašnato spojino.
Primer 4: Sinteza grafenovega oksida (po proceduri v Marcano et al. Acs Nano, 2010, 4, 4806/
V razmerju 9:1 koncentrirane H2SO4/H3PO4 (187,7:20,1 mL) smo dodali 5 g grafitnega prahu in 25 g KMnCL, nastane eksotermna reakcija. Reakcijsko zmes smo mešali 12 h. Reakcijsko zmes ohladimo na sobno temperaturo ter jo prilijemo na led z 5 mL 30% H2O2. Nastali produkt centrifugiramo z 10% HCI, MeOH ter pod znižanim tlakom pri sobni temperaturi čez noč sušimo. Reakcija je shematsko prikazana na spodnji shemi:
OH OH OH
Primer 5: Sinteza reduciranega grafenovega oksida (po proceduri v Stankovich et. al. Carbon, 2007, 45, 1558/
S pomočjo ultrazvočnega prsta smo 0,2 mol grafenovega oksida raztopili v 200 mL vode. Dodali smo 0,7 mol hidrazin hidrata, ter reakcijsko zmes refluktirali en dan. Iz raztopine je z redukcijo grafenovega oksida izpadala črna oborina. Produkt smo filtrirali z vodo, etanolom ter ga pod znižanim tlakom sušili čez noč. Reakcija je shematsko prikazana na spodnji reakcijski shemi:
OH OH OH
Opomba: Zaradi nepopolne redukcije grafenovega oksida, imamo na površini RGO-ja prisotne še kakšne kisikove funkcionalne skupine.
Primer 6: Funkcionalizacija površine reduciranega grafenovega oksida s 45 fluorobenzendiazonijevim tetrafluoroboratom (po proceduri v Lameda et. al. J. Am. Chem.
Soc, 2008, 130, 16201 -16206)
Reakcijska shema površinske funkcionalizacije reduciranega grafenovega oksida s 4fluorobenzendiazonijevim tetrafluoroboratom:
V bučki z vodo smo raztopili v masnem razmerju 1:1 reducirani grafenov oksid:4fluorobenzendiazonijev tetrafluoroborat. Zmes smo mešali en dan pri 50°C. Produkt smo filtrirali z DMF, aceton, vodo, ter ga pod znižanim tlakom sušili čez noč.
Primer 7: Funkcionalizacija površine reduciranega grafenovega oksida s 4(trtfluorometil)benzendiazonijevim tetrafluoroboratom (po proceduri v Lameda et. al. J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 16201 - 16206)
Reakcijska shema površinske funkcionalizacije reduciranega grafenovega oksida s 4(trifluorometil)benzendiazonijevim tetrafluoroboratom:
V bučki z vodo smo raztopili v masnem razmerju 1:1 reducirani grafenov oksid:4(trifluorometil)benzendiazonijev tetrafluoroborat. Zmes smo mešali en dan pri 50°C. Produkt smo filtrirali z DMF, aceton, vodo, ter ga pod znižanim tlakom sušili čez noč.
Primer 8: Funkcionalizacija površine reduciranega grafenovega oksida s 4((trifluorometil)sulfonil)benzendiazonijevim tetrafluoroboratom (po proceduri v Lameda et. al. J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 16201 - 16206)
Reakcijska shema površinske funkcionalizacije reduciranega grafenovega oksida s 4((trifluorometil)sulfonil)benzendiazonijevim tetrafluoroboratom:
R
V bučki z vodo smo raztopili v masnem razmerju 1:1 reducirani grafenov oksid:4((trifluorometil)sulfonil)benzendiazonijev tetrafluoroborat. Zmes smo mešali en dan pri 50°C. Produkt smo filtrirali z DMF, aceton, vodo, ter ga pod znižanim tlakom sušili čez noč.
Primer 9: Elektrokemijsko obnašanje litij-žveplovega akumulatorja z različnimi tipi separatorjev
Na papir iz steklenih vlaken so bili deponirani delci dveh različnih tipov kovalentno vezanih aromatskih skupin CMRGO-ja. Nato so se uporabili kot separator v Li-S akumulatorju. Litijeva anoda in katodni kompozit sta bila vedno enaka. Na sliki 1 je tudi primerjava specifične kapacitete [mAh/g] s celic, katera na separatorju ni vsebovala CMRGO-ja. Elektrokemijska celica je bila polnjena in praznjena pri tokovni gostoti 167,5 mAh/g v napetostnem oknu med 3,0 V in 1,5 V glede reference kovinskega litija. V primeru izuma je bilo opaženo znatno zmanjšanje degradacije specifične kapacitete znotraj samega cikla v akumulatorju.
Claims (16)
- Zahtevki1. Akumulator na osnovi žveplove elektrode, ki je sestavljen iz katode, anode, elektrolita ter separatorja, označen s tem, da separator vsebuje kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid s strukturo:RGO[-X]q, kjer je RGO reducirani grafenov oksid; vsak X je neodvisno izbran iz skupine katero sestavljajo ali halogeni, substituirani in nesubstituirani alkili, substituirani in nesubstituirani alkenil, substituirani in nesubstituirani alkoksi, substituirani in nesubstituirani arili, substituirani in nesubstituirani alkilarili, substituirani in nesubstituirani arilalkili, substituirani in nesubstituirani cikloalkili, in substituirani in nesubstituirani heterocikli; prednostno je substituiran aril; in q je celo število, katero je večje od nič.
- 2. Akumulator po zahtevku 1, označen s tem, da je vsaj en substituirani X, substituiran s halogenom, prednostno F-substituiran ali CF3-substituiran.
- 3. Akumulator po zahtevku 1, označen s tem, da je vsak X substituiran s halogenom, prednostno F-substituiran ali CF3-substituiran.
- 4. Akumulator po katerem koli od prehodnih zahtevkov, označen s tem, da vsaj en substituirani X obsega sulfonilno skupino.
- 5. Akumulator po zahtevku 1, označen s tem da je vsak X neodvisno izbran iz skupine, katero sestavljajo -F, -CF3, fluoriran alkili C2-Ci2, fluorirani alkenih C3-Ci2, fluorinirani fenili, fluorinirani alkilfenili, 4-fluorofenil, 4-(trifluorometil)fenil in 4((trifluorometil)sulfonil)fenil.
- 6. Akumulator po katerem koli od prehodnih zahtevkov, označen s tem, da so vsi X enaki.
- 7. Akumulator po katerem koli od prehodnih zahtevkov, označen s tem, daje od 4 do 80% ogljikovih atomov, ki tvorijo heksagonalni vzorec ogljikovih atomov RGO-ja, substituiranih z X.
- 8. Akumulator po katerem koli od prehodnih zahtevkov, označen s tem, da je Li-S akumulator.
- 9. Akumulator po katerem koli od prehodnih zahtevkov, označen s tem, da ima kemijsko modificiran reduciran grafenov oksid atomsko razmerje C:O enako ali večje od 5.
- 10. Akumulator po katerem koli od predhodnih zahtevkov, označen s tem, da struktura separatorja nadalje vsebuje porozen film ali vlaknaste plasti, kot so steklena vlakna.
- 11. Akumulator po zahtevku 10, označen s tem, da je kemijsko modificiran reduciran grafenov oksid podprt s poroznim filmom ali vlaknasto plastjo.5
- 12. Akumulator po zahtevku 10, označen s tem, da je kemijsko modificiran reduciran grafenov oksid samostoječ in ločen od porozne folije ali vlaknastih plasti v strukturi separtatorja.
- 13. Akumulator po katerem koli od predhodnih zahtevkov, označen s tem, da kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid tvori stične plasti navedenega materiala s10 separatorsko strukturo.
- 14. Akumulator po katerem koli od predhodnih zahtevkov, označen s tem da je kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid pomešan z vezivom izbranim iz skupine, ki obsega PVDF , PTFE , EPDM, in PEO.
- 15. Kemijsko modificiran reduciran grafenov oksid s strukturo:15 RGO[-X]q, kjer je RGO reduciran grafenov oksid; vsak X je neodvisno izbran iz skupine katero sestavljajo s fluorom-substituirani alkili, s fluorom-substituiran alkenih, s fluoromsubstituiran alkoksi, s fluorom-substituiran arili, s fluorom-substituiran alkilarili, s fluorom-substituiran arilalkili, s fluorom-substituiran cikloalkili, in s fluorom-substituiran
- 20 heterocikli; prednostno je fluoro-substituiran aril; in q je celo število, katero je večje od nič.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201300414A SI24590A (sl) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid v vlogi separatorja v Ĺľveplovih akumulatorjih |
| EP14721563.6A EP3080852B1 (en) | 2013-12-09 | 2014-02-27 | Chemically modified reduced graphene oxide as a separator material in sulfur-containing batteries |
| PCT/SI2014/000011 WO2015088451A1 (en) | 2013-12-09 | 2014-02-27 | Chemically modified reduced graphene oxide as a separator material in sulfur-containing batteries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201300414A SI24590A (sl) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid v vlogi separatorja v Ĺľveplovih akumulatorjih |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI24590A true SI24590A (sl) | 2015-06-30 |
Family
ID=50639889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI201300414A SI24590A (sl) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid v vlogi separatorja v Ĺľveplovih akumulatorjih |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3080852B1 (sl) |
| SI (1) | SI24590A (sl) |
| WO (1) | WO2015088451A1 (sl) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10665863B2 (en) | 2015-08-21 | 2020-05-26 | Nec Corporation | Additives for fast chargeable lithium ion batteries |
| WO2017107040A1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | Baoshan Iron & Steel Co., Ltd. | Method of preparing cathode material for a battery |
| CN105514482B (zh) * | 2016-01-29 | 2018-01-09 | 中南大学 | 一种锂硫电池功能隔膜的制备方法 |
| CN107785524B (zh) * | 2016-08-31 | 2019-12-03 | 清华大学 | 锂硫电池隔膜的制备方法 |
| CN107785523B (zh) * | 2016-08-31 | 2019-12-03 | 清华大学 | 锂硫电池隔膜以及锂硫电池 |
| KR20180034098A (ko) * | 2016-09-27 | 2018-04-04 | 한국과학기술연구원 | 할로겐화 탄소 재료를 포함하는 에너지 소자 및 그 제조 방법 |
| KR102229449B1 (ko) * | 2017-10-26 | 2021-03-17 | 주식회사 엘지화학 | 분리막 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
| KR102244909B1 (ko) * | 2017-10-26 | 2021-04-26 | 주식회사 엘지화학 | 분리막 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
| KR102229452B1 (ko) | 2017-11-08 | 2021-03-17 | 주식회사 엘지화학 | 분리막 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
| DE102018200973A1 (de) | 2018-01-23 | 2019-07-25 | Robert Bosch Gmbh | Festelektrolyt-Flüssigelektrolyt-Hybrid-Zelle |
| CN108899584A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-27 | 国家电网有限公司 | 一种高比能软包锂硫电池的制作方法 |
| WO2020148707A1 (en) * | 2019-01-17 | 2020-07-23 | Sabic Global Technologies B.V. | Separator for an energy storage device |
| KR102415168B1 (ko) * | 2019-05-03 | 2022-07-01 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 기능성 분리막, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
| WO2020226328A1 (ko) * | 2019-05-03 | 2020-11-12 | 주식회사 엘지화학 | 기능성 분리막, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
| ES2973131T3 (es) * | 2019-05-30 | 2024-06-18 | Acondicionamiento Tarrasense | Anodo de litio funcionalizado para baterías |
| EP3987602A4 (en) | 2019-06-20 | 2023-06-28 | Unifrax I LLC | Lightweight nonwoven fiber mats |
| KR102671198B1 (ko) * | 2021-08-25 | 2024-05-31 | 포항공과대학교 산학협력단 | 리튬금속 전지용 분리막 코팅층, 리튬금속 전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬금속 전지 |
| CN114374057A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-04-19 | 五邑大学 | 一种复合纤维膜及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009143405A2 (en) * | 2008-05-22 | 2009-11-26 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Synthesis of graphene sheets and nanoparticle composites comprising same |
| KR101093140B1 (ko) * | 2011-05-25 | 2011-12-13 | 한국과학기술연구원 | 환원 그래핀 옥사이드 및 환원 그래핀 옥사이드-고분자 복합체의 제조방법 |
| US9093710B2 (en) | 2012-01-18 | 2015-07-28 | E I Du Pont De Nemours And Company | Compositions, layerings, electrodes and methods for making |
| US9180654B2 (en) * | 2012-04-26 | 2015-11-10 | Eastman Kodak Company | Reactive fluoropolymer and laser-engraveable compositions and preparatory methods |
-
2013
- 2013-12-09 SI SI201300414A patent/SI24590A/sl not_active IP Right Cessation
-
2014
- 2014-02-27 EP EP14721563.6A patent/EP3080852B1/en not_active Not-in-force
- 2014-02-27 WO PCT/SI2014/000011 patent/WO2015088451A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3080852B1 (en) | 2018-02-21 |
| WO2015088451A1 (en) | 2015-06-18 |
| EP3080852A1 (en) | 2016-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SI24590A (sl) | Kemijsko modificirani reducirani grafenov oksid v vlogi separatorja v Ĺľveplovih akumulatorjih | |
| US12327881B2 (en) | Separators for electrochemical cells | |
| Dai et al. | Flexible solid-state electrolyte with aligned nanostructures derived from wood | |
| Hu et al. | The rise of metal–organic frameworks for electrolyte applications | |
| TWI696495B (zh) | 非水電解質電池用無機粒子及使用其之非水電解質電池 | |
| US10797287B2 (en) | Organic/inorganic composite porous membrane, and separator and electrode structure comprising the same | |
| KR102292727B1 (ko) | 안전성이 향상된 리튬 금속 이차전지 및 그를 포함하는 전지모듈 | |
| CN108598561B (zh) | 一种准固态锂离子导电电解质及其制备方法和应用 | |
| US20110189529A1 (en) | Sodium secondary battery | |
| US20110171513A1 (en) | Sodium secondary battery | |
| JP2023522345A (ja) | 接着層を含む二次電池用分離膜、及び前記分離膜の製造方法 | |
| CN103828121A (zh) | 金属空气电池 | |
| CN104584293A (zh) | 柔性透明空气-金属电池 | |
| Shaibani et al. | Permselective membranes in lithium–sulfur batteries | |
| Ye et al. | Water-Based Fabrication of a Li| Li7La3Zr2O12| LiFePO4 Solid-State Battery─ Toward Green Battery Production | |
| CN110537283A (zh) | 聚合物电解质组合物和聚合物二次电池 | |
| Min et al. | Construction of diversified ion channels in lithium-ion battery separator using polybenzimidazole and ion-modified metal–organic framework | |
| CN109428038B (zh) | 一种电池隔膜及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN112567556A (zh) | 复合膜及其制备方法 | |
| Balaji T et al. | Polymer-Based Solid-State Electrolytes For Lithium–Sulfur Batteries | |
| US11404700B2 (en) | Positive electrode for lithium air batteries with excellent stability, method of manufacturing the same, and lithium air battery including the same | |
| KR20220058215A (ko) | 리튬 이차 전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 | |
| KR20230103806A (ko) | 리튬-황 전지용 양극 및 그의 제조방법 및 그를 포함하는 리튬-황 전지 | |
| CN115485926A (zh) | 包括尺寸随着pH而改变的可变粘合剂的隔板和制造该隔板的方法 | |
| JP6998155B2 (ja) | 二次電池用無機粒子結着物並びにこれを用いた二次電池用セパレータ及び二次電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20150706 |
|
| KO00 | Lapse of patent |
Effective date: 20200723 |