[發明專利]利用碳酸二烷基酯季銨化來合成雜離子化合物

在審

• 申請號: 201611177729.1
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN108456206A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: C·A·弗里森;D·沃爾菲;P·B·約翰森
• 申請（專利權）人: 流體公司
• 主分類號: C07D471/04
• 分類號: C07D471/04;C07D471/08;H01M12/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平;張波

本發明公開了利用碳酸二烷基酯作為主要的季銨化反應劑，從雜原子化合物的硫酸氫鹽制備雜離子絡合物、和離子液體的方法。還公開了包含所述離子液體的電化學電池的制造方法，以及包含堿性電解質和雜離子絡合物添加劑的電化學電池。

本申請為申請號為201280024726.8、申請日為2012年06月18日、發明名稱為“利用碳酸二烷基酯季銨化來合成雜離子化合物”的分案申請。

在先申請的參引

本申請要求2011年6月17日提交的美國臨時申請No.61/498,308的優先權。

政府資金支持

本發明在能源部(Department of Energy)資助的合同No.DB-AR-00000038下由美國政府支持完成。政府在本發明中具有一定的權利。

技術領域

實施方式涉及利用碳酸二烷基酯作為主要反應物制造雜原子化合物的硫酸鹽的方法。實施方式還涉及制造離子液體的方法，所述方法通過雜原子化合物的硫酸鹽與鹽反應以產生包含雜原子陽離子和所述鹽的陰離子的離子液體，或通過陰離子交換以產生包含所述雜原子陽離子和所述陰離子的離子液體。實施方式還涉及所制造的鹽作為離子液體和作為添加劑用于堿性電化學電池的用途。

背景技術

對于大多數電池的能量密度的顯著損害是由電池的陰極造成的。對于使用例如鋰或鎳的電池化學就是如此。通常，氧化劑在陰極以低于陽極二至五倍的摩爾充電容量存儲。另一方面，許多燃料電池使用空氣中的氧作為氧化劑的來源。連續和幾乎無限的氧化劑源的存在使得原則上可實現高能量密度。然而，由于蒸汽壓力和體系平衡的復雜性問題(例如潮濕和膜的問題)，氫和有機燃料的使用阻礙了高能量效率。金屬-空氣電化學電池能夠結合電池的超高陽極容量和燃料電池的空氣呼吸式陰極，以實現與現代能源需求相關的大量的能量密度。

金屬-空氣電池典型地包括金屬燃料在其中被氧化的燃料電極、氧在其中被還原的空氣電極，和用于提供離子導電性的電解質溶液。金屬-空氣電池的限制因素是電解質溶液的蒸發，特別是本體溶劑的蒸發，如水性電解質溶液中的水。由于要求空氣電極是空氣可滲透的以便吸收氧，所以它也可以允許溶劑蒸氣如水蒸氣從電池中逃脫。隨著時間推移，由于該問題，電池變得不能有效地工作。事實上，在很多電池設計中，該問題使得電池在燃料被消耗之前不能工作。在二次(即，可充)電池中，該蒸發問題加劇，因為在電池的壽命內可以重復地再充燃料，而電解質溶液不是(缺少來自外部源的補充)。此外，在可充電電池中，水溶劑在再充電期間通常被氧化而析出氧氣，這也可以消耗溶液。

還有與傳統的水性電解質電池相關的其他問題，例如在充電過程中水的電解和自放電。在充電過程中，電流通過電池以還原位于燃料電極處的氧化燃料。然而，一些電流電解水導致燃料電極上的析氫(還原)和氧電極上的析氧(氧化)，如下式所示：

(1)還原:2H₂O(l)+2e^-→H₂(g)+2OH^-(aq)

以及

(2)氧化:2H₂O(l)→O₂(g)+4H⁺(aq)+4e^-

以這種方式，水性電解質進一步從電池損失掉。此外，在還原氫時消耗的電子也不能用于還原燃料氧化物。因此，水性電解質的寄生電解(parasitic electrolysis)降低了二次電池的循環效率。

自放電可能源自電極中的雜質或與電解質的反應。通常來自電極中雜質的自放電是小的(每月2-3％的損耗)。然而，活性金屬與水和/或溶解于水中的氧的反應可能是相當高的(每月20％至30％)。