pobierz - enorgel

O SOLACH Z HETEROAROMATYCZNYM ANIONEM I ICH
ZASTOSOWANIACH W CHEMICZNYCH ŹRÓDŁACH PRĄDU
P. Jankowski, M. Piszcz, M. Poterała, A. Gajewska, G.Z. Żukowska, M. Kalita
Katedra Chemii Nieorganicznej i Technologii Ciała Stałego, Wydział Chemiczny Politechniki
Warszawskiej, Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa, e-mail [email protected]
Baterie litowo-jonowe i z anodą litową są chemicznymi źródłami prądu o dużej gęstości
mocy i energii. Mówiąc prościej, bateria litowa albo Li-ion może być jednocześnie lekka,
mała i dość wydajna. Ze względu na swoje właściwości, ogniwa litowe i Li-ion znajdują
zastosowanie do zasilania urządzeń takich jak komputery przenośne- od notebooków do
palmtopów i tabletów, telefony komórkowe, czy cyfrowe aparaty fotograficzne. Stąd
ogromny sukces komercyjny tych źródeł energii elektrycznej. Pomimo tego sukcesu, ciągle
trwają badania prowadzone w celu ulepszenia ogniw tego rodzaju- np. w celu zwiększenia
ilości cykli ładowanie-rozładowanie prowadzonych z minimalną utratą właściwości.
Opracowuje się także baterie litowe zdolne do pracy w warunkach nietypowych: przy bardzo
wysokim (rozrusznik samochodu) lub bardzo niskim (rozrusznik serca, biosensor) prądzie
rozładowania, w niskich (od -50°C) i wysokich temperaturach (do 100°C), zdolne do
wytrzymania dużych przeciążeń mechanicznych.
Wielkim wyzwaniem jest również opracowanie baterii sodowej, która działałaby w podobny
sposób jak litowa. Przy założeniu, że 40% samochodów osobowych byłoby zasilanych przez
baterie litowe, światowe zasoby litu złoża litu zostałyby wykorzystane w całości przez 6
miesięcy produkcji tych baterii tylko do tych zastosowań. W odróżnieniu od litu, sód i jego
sole występują powszechnie w przyrodzie, dlatego baterie sodowe rozwiązałyby
wzmiankowany problem braku zasobów. Okazuje się jednak, że korozja anody oraz
stabilność elektrolitu wobec elektrod, w przypadku baterii sodowych i sodowo-jonowych, jest
znacznie większym problemem niż obserwowano w analogicznych układach litowych.
W prezentacji przeprowadzona zostanie dyskusja na temat nowych soli litowych i sodowych,
z pięcioczłonowym anionem heteroaromatycznym. Armand zaproponował wykorzystanie
tych soli jako składników elektrolitu do baterii litowych. Sole te, takie jak np.
tetracyjanopirolany, 4,5-dicyjano-1,2,3-triazolany, 3,5-dicyjano-1,2,4-triazolany, czy 2,4,5tricyjanoimidazolany. Związki te nie zostały jednak zbadane w realnych układach, a jedynie
przeprowadzono symulacje komputerowe oddziaływań kation-anion w takich układach.
Synteza związków heteroaromatycznych, będacych prekursorami tych soli, jest prosta.
Dodatkowo, niska cena substratów (np. diaminomaleodinitrylu, który otrzymuje się przez
kondensację cyjanowodoru) czyni takie sole atrakcyjnymi przy produkcji tych soli w skali
przemysłowej.
Dyskusja na temat syntezy tych związków zostanie uzupełniona o badania właściwości
transportu jonowego roztworów proponowanych soli w elektrolitach aprotonowych (opartych
na węglanach aromatycznych oraz polieterach- glimach).
Interesującym aspektem tych badań jest również fakt, że proponowane aniony tworzą ciecze
jonowe z solami zarówno imidazoliowymi, jak również piperydyniowymi [2]. Zwłaszcza te
ostatnie ciecze jonowe, jako niskolepkie, są interesujące aplikacyjnie.
Literatura:
[1] P Johansson, H. Nilsson, P. Jacobsson, M. Armand Phys. Chem. Chem. Phys. 6 (2004), 895
[2] C. Herriot, S. Khatun, E.T. Fox, P. Judeinstein, M. Armand, W.A. Henderson, S. Greenbaum J. Phys.
Chem.Lett. 3 (2012) 441