Tính chất hóa lý và điện hóa của hệ điện giải trên cơ sở chất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur 1- (2,2,2-trifluoroethyl)-3-methylimidazolium

Để thay thế các hệ điện giải trên cơ sở dung môi hữu cơ có nguy cơ gây cháy nổ, chất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-(2,2,2-trifluoroethyl)-3-methylimidazolium được nghiên cứu để định hướng ứng dụng làm hệ điện giải cho pin sạc lithium. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung nghiên cứu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính chất hóa lý và điện hóa của hệ điện giải trên cơ sở chất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur 1- (2,2,2-trifluoroethyl)-3-methylimidazoliumTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016Tính chất hóa lý và điện hóa của hệ điệngiải trên cơ sở chất lỏng ionbis(trifluoromethanesulfonyl)imidur 1(2,2,2-trifluoroethyl)-3-methylimidazoliumLê Mỹ Loan PhụngNgô Hoàng Phương KhanhVõ Duy ThanhTrần Văn MẫnTrường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM(Bài nhận ngày 09 tháng 06 năm 2016, nhận đăng ngày 02 tháng 12 năm 2016)TÓM TẮTĐể thay thế các hệ điện giải trên cơ sở dungmôi hữu cơ có nguy cơ gây cháy nổ, chất lỏngion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-(2,2,2trifluoroethyl)-3-methylimidazolium được nghiêncứu để định hướng ứng dụng làm hệ điện giảicho pin sạc lithium. Tính chất hóa lý, điện hóacủa ILs tổng hợp được khảo sát và so sánh vớicác chất điện giải thương mại và chất lỏng iontrên nền imidazolium và ammonium tứ cấp, cáctính chất như: nhiệt độ nóng chảy (Tm), nhiệt độphân hủy (Tđ), khối lượng riêng, độ nhớt, độ dẫnion và độ bền oxy hóa khử. Chất lỏng ionbis(trifluoromethanesulfonyl)imidur1-ethyl-3methylimidazolium có độ bền nhiệt và độ bền oxyhóa lớn hơn so với hệ điện giải thương mại vàchất lỏng ion imidazolium, tuy nhiên độ nhớt củachất lỏng ion tăng lên đáng kể. Do vậy, dung môiphân cực hữu cơ ethylene carbonate (EC) đượcthêm vào chất lỏng ion để cải thiện độ nhớt, độdẫn điện và tính năng phóng sạc của hệ điện giải.Từ khóa: độ dẫn điện, chất lỏng ion, pin lithium, độ bền oxy hóa, độ nhớtMỞ ĐẦUHệ điện giải trong pin sạc lithium thươngmại chủ yếu gồm hỗn hợp các dung môicarbonate(ethylenecarbonate,dimethylcarbonate…) hòa tan với muối lithium LiPF6(hexafluorophosphat lithium). Đặc điểm của hệđiện giải này là có độ dẫn điện tốt, độ bền oxyhóa khử thích hợp với nhiều loại vật liệu điện cựcvà đảm bảo tính năng phóng sạc ổn định trongpin. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ dungmôi hữu cơ là độc hại, không thân thiện với môitrường, dễ bay hơi, dễ phân hủy nên là nguyênnhân chính dẫn đến cháy nổ trong pin [1]. Đểkhắc phục nhược điểm này, chất lỏng ion đượcxem là ứng viên tiềm năng để thay thế hệ dungmôi hữu cơ do khả năng hòa tan tốt nhiều loạimuối lithium, có thể phân li thành ion nên có độdẫn ở trạng thái tinh khiết, có cửa sổ oxy hóa khửrộng nên tương thích với nhiều loại vật liệu điệncực và không bay hơi hay không bắt cháy dễdàng [2]. Nhiều nghiên cứu gần đây tập trungphát triển các hệ điện giải trên cơ sở chất lỏng ioncũng như phát triển các chất lỏng ion có độ nhớtthấp nhất hoặc sử dụng phối trộn dung môi hữucơ để tăng tính năng phóng sạc ở nhiệt độ thấp[3, 4].Chất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-ethyl-3-methylimidazoliumđượcnghiên cứu ứng dụng làm chất điện giải trong pinTrang 167Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016sạc hay siêu tụ điện hóa [5-7]. Chất lỏng có độnhớt khá thấp ở nhiệt độ phòng, độ bền oxy hóagần với các hệ điện giải thương mại, nhưngnhược điểm chính là khả năng dễ khử của carbonC1 trên cấu trúc vòng imidazolium [8]. Để khắcphục nhược điểm này, chất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-(2,2,2-trifluoroethyl)3-methylimidazolium được tổng hợp và khảo sáttính chất hóa lý và điện hóa để định hướng ứngdụng trong pin sạc điện thế cao. Ý tường thay thếnhóm –CH3 bằng nhóm –CF3 được đề xuất từLML. Phung và các cộng sự cho các chất lỏngion có cation ammonium tứ cấp, pyrrolidinium vàpiperidinium [9-11]. Sự thay thế nhóm 1-ethylbằng nhóm 1-(2,2,2-trifluoroethyl) được dự đoánlà làm tăng độ bền oxy hóa và khử của chất lỏngion, tuy nhiên bên cạnh đó cũng làm tăng đáng kểđộ nhớt của dung dịch này. Trong nghiên cứunày, chúng tôi cũng khảo sát ảnh hưởng sự phốitrộn của dung môi hữu cơ ethylene carbonate(EC) để cải thiện độ nhớt và tính năng phóng sạccủa vật liệu trong hệ điện giải với chất lỏng ion.Kết quả hóa lý và điện hóa của hệ điện giải vớichất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-(2,2,2-trifluoroethyl)-3-methylimidazolium được so sánh với hệ điện giải thương mại vàchất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-ethyl-3-methylimidazolium.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUTổng hợp chất lỏng ion bis(trifluorometansulfonyl)imidur-1-ethyl-3-methylimidazoliumChất lỏng ion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-ethyl-3-methylimidazolium (cấu trúcnhư trong Hình 1) đã được tổng hợp và xác địnhcấu trúc theo quy trình của nhóm đã được côngbố trước đây [9].Trang 168Hình 1. Cấu trúc của chất lỏng ionbis(trifluoromethanesulfonyl)imidur-1-ethyl-3methylimidazoliumKhảo sát tính chất hóa lý và điện hóaTính chất nhiệt của chất lỏng ion gồm nhiệtđộ nóng chảy (Tm), nhiệt độ kết tinh (Tc), nhiệtđộ thủy tinh hóa (Tg), nhiệt độ phân hủy (Td) củachất lỏng ion được xác định bằng phương phápđo nhiệt trọng lượng (TGA) trên thiết bị Q500TA Instrument (Mỹ) và phương pháp phân tíchnhiệt vi sai (DSC) trên thiết bị 1 S ...