Застосування четвертинних амонієвих солей – похідних морфоліну як компонентів рідких і полімерних електролітів для електрохімічних пристроїв

Застосування четвертинних амонієвих солей похідних морфоліну загальної формули: X + R' N R" Винахід відноситься до хімії нового типу низькотемпературних іонних рідин на основі четвертинних амонієвих солей - похідних морфоліну (ЧАСМ) з високою іонною провідністю загальної формули: моній хлорид (БТМАХ), бензилтриетиламоній хлорид (БТЕАХ), бензилдиметиламоній хлорид (БДМАХ)) в якості компонент рідких електролітів для різних електрохімічних пристроїв [Doyle К.Р., Lang СМ., Kim К., Kohl P.A. Dentrite-free electrochemical deposition of Li-Na alloys from an ionic liquid electrolyte // J. Electrochem. Soc. - 2006. V.153. - №7. -P.1353-1357.]: O Де R' та R"=-CH2CH2OH,X = Cl (1) R' = -CH2CH2CH2CH3, R" = -CH2-CH=CH2, X = Br (2) які можуть бути використані в якості компонент рідких і полімерних електролітів для різних електрохімічних пристроїв (в літієвих батареях, конденсаторах, сонячних батареях). Відомо застосування іонних рідин на основі четвертинних амонієвих солей (бензилтриметила Основним недоліком четвертинних амонієвих солей є те, що вони мають високі значення температури плавлення. Найбільш близькими за досягаємим результатом до заявляемого винаходу є полімери, отримані полімеризацією метилакрилату (МА) в присутності 1-(1-алкіл-3-імідазоліно)бутан-4-сульфонат (АІБС) та LiTFSI [Yoshizawa M., Narita Α., Ohno Η. // (19) UA (11) 88432 (13) C2 , де R' та R" = -СН2СН2ОН, X = Сl (1); R' = -СН2СН2СН2СН3, R" = -СН2-СН=СН2, X = Вr (2), як компонентів рідких і полімерних електролітів для електрохімічних пристроїв. 3 Australian J. Chem. - 2004. - V.57, № 2. -P. 139-144.] (прототип): Недоліком прототипу є низька іонна провідність (~10-5-10-6 См⋅см-1) при кімнатній температурі та високі значення температури склування (Tg= 15÷-10°С). В основу винаходу поставлено задачу направленого синтезу нового типа низькотемпературних іонних рідин, здатних працювати в діапазоні температур від -65°С до 65°С, з високою іонною провідністю за рахунок структури їх катіонної та аніонної частини. Ця задача вирішується отриманням нового типу термічно стабільних, низькотемпературних іонних рідин на основі ЧАСМ формули (1-2) з іонною провідністю ~10-3-10-4 См⋅см-1, які використовують в якості компонент рідких і полімерних електролітів для різних електрохімічних пристроїв. ЧАСМ формул (1-2) - рідкі однорідні речовини кольору янтарю, розчинні у воді, органічних розчинниках (метилен хлориді, спиртах, апротонних розчинниках), які синтезовані вперше на кафедрі ПП та ФНПМ ДВНЗ УДХТУ. Спосіб синтезу ЧАСМ формул (1-2) полягає у взаємодії третинних амінів на основі морфоліну та галогенопохідними при температурі 50-60°С на протязі 10-12 годин. Отриману після синтезу масу фільтрують та сушат у вакуумній шафі при температурі 50-60°С до постійної ваги. У хімічній промисловості ці речовини не виготовляються. Синтез низькотемпературних рідин на основі ЧАСМ формул (1-2) та їх застосування в якості компонент рідких і полімерних електролітів для різних електрохімічних пристроїв раніше не відоме. , ЧАСМ формул (1-2) застосовуються в якості добавки у проявні розчини галогеносрібних фотографічних матеріалів [Пат. 83714 України, МПК G 03 С 5/30, G 03 С 5/29, С 07 D 295/037, С 07 D 295/088. Застосування мономерних четвертинних амонієвих солей на основі морфоліну як добавки у 88432 4 проявні розчини галогенсрібних фотографічних матеріалів / Свердліковська О.С., Шапка В.Х., Бурмістр М.В. - № а 2006 08059; Заявл. 17.07.2006; Опубл. 11.08.2008, Бюл. № 15. - 10 а], в якості добавки у композиції на основі триацетату целюлози для отримання плівкових матеріалів [Пат. 83712 України, МПК С 08 К 5/357, С 07 D 295/037, С 07 D 295/088, С 08 L 1/00. Застосування мономерних четвертинних амонієвих солей на основі морфоліну як добавки у композиції на основі триацетату целюлози / Свердліковська О.С, Шапка В.Х., Бурмістр М.В. - № а 2006 08021; Заявл. 17.07.2006; Опубл. 11.08.2008, Бюл. № 15. - 12 с], в якості інгібіторів корозії металу [Образцов Е.В., Амируллоева Н., Свердликовская О.С., Шапка В.Х., Образцов В.Б. Адсорбция и ингибирующее действие производных морфолина на железе в нейтральной среде / Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2007. №6.-С. 190-194.]. Наводимо приклади певного виконання заявляемого, винаходу. Приклад 1. ЧАСМ формул (1-2) синтезовано за реакцією між третинними амінами на основі морфоліну та галогенопохідними. Розрахункову кількість третинного аміну на основі морфоліну змішують з еквімолекулярною кількістю галогенопохідною сполукою. Синтез проводять при температурі 50° С на протязі 10 годин. Отриману після синтеза масу фільтрують та сушать у вакуумній шафі при температурі 60°С до постійної маси. Приклад 2. Структуру синтезованих ЧАСМ підтверджують елементним аналізом, ІЧспектроскопією. Оптичним методом визначають коефіцієнт переломлення іонних рідин. Пікнометричним методом визначають густину синтезованих сполук. Температуру склування нових ЧАСМ досліджують методом диференційно-скануючої калориметрії. Стійкість до термоокислювальної деструкції іонних рідин на основі ЧАСМ встановлюють методом диференційнотермогравіметричного аналізу. Іонну провідність синтезованих ЧАСМ вивчають кондуктометричним методом. Фізико-хімічні властивості ЧАСМ наведено у таблиці 1. 5 88432 З таблиці 1 видно, що термічно стабільні ЧАСМ формул (1-2) мають температуру склування у діапазоні від -100°С до -98°С та високу іонну провідність ~10-3-10-4 См⋅см-1 (у заявляємих межах). Тобто у всіх випадках спостерігається значно більша (ефективніша) порівняно із прототипом Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 іонна провідність на два порядки нижче при значно меншій температурі склування за прототипом. Завдяки цьому ЧАСМ формул (1-2) можуть бути рекомендованими в якості модельних структур низькотемпературних іонних рідин та застосування в якості компонент рідких і полімерних електролітів для різних електрохімічних пристроїв (в літієвих батареях, конденсаторах, сонячних батареях). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601