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„Entwicklung neuer Lithium-Elektrolyte auf Basis von Lithium-Salzen mit neuartigen Pentafluorphenylamido-Anionen gelöst in Ionischen Flüssigkeiten mit Zwitterion-Additiven“

 

Prof. Dr. Jörg Sundermeyer, Anorganische Chemie,
Fachbereich Chemie der Philipps-Universität

 

Prof. Dr. Bernhard Roling, Physikalische Chemie,
Fachbereich Chemie der Philipps-Universität

 

 

Hochleistungs-Lithiumionenbatterien werden vor allem als Energiespeicher für Elektrofahrzeuge und andere mobile Stromverbraucher intensiv erforscht. Die Weiterentwicklung dreier Patente bzw. Patentanmeldungen der Antragsteller  soll dazu beitragen, die Abhängigkeit und den Rückstand Europas auf diesem Gebiet durch Eigenentwicklungen zu entschärfen. Es sollen neue Li- Elektrolyte für Batterieanwendungen auf Basis des ternären Stoffsystems (Ionische Flüssigkeit / innovatives Li-Salz / innovatives Zwitterion) entwickelt werden. Die Leitfähigkeit der Elektrolyte soll mindestens 10-3 S/cm erreichen, und die Überführungszahl der Li+-Ionen soll mindestens 0.5 betragen. Die elektrochemische Stabilität der Elektrolyte soll durch die Zugabe zwitterionischer Liganden für Lithium nicht signifikant negativ beeinflusst werden, die Li-Mobilität und –Überführungszahl dagegen deutlich erhöht werden. Die Elektrolyte sollen eine hohe chemische, elektrochemische und thermische Stabilität sowie einen

vernachlässigbaren Dampfdruck besitzen. Es werden bekannte Lithiumsalze wie Li[NTf2] mit den neuen Lithiumsalzen Li[N(Pfp)Tf] oder Li[N(Pfp)Nf] verglichen, für die die Universität Marburg IP besitzt (Tf = Trifluormethansulfonyl,  Nf = Nonafluorbutansulfonyl, Pfp = Pentafluorphenyl). Dies bedeutet, dass die Salze unter gleichen Bedingungen auf ihre thermische Stabilität, ihr elektrochemisches Fenster und ihre Li-Ionenleitfähigkeit untersucht werden.

 

 

Anionen

 

Abbildung:  Bekannte und neue Anionen für Li-Elektrolyte und Ionische Flüssigkeiten (Quelle: Th. Linder, J. Sundermeyer, Chem. Commun. Chem. Commun. 2009, 2914-2916).

 

 

 

 

 

 

Es werden bekannte Ionische Flüssigkeiten wie [BMPyr] [NTf2] mit neuen Ionischen Flüssigkeiten wie [BMPyr] [N(Pfp)Tf] oder [BMIM] [N(Pfp)Tf], für die die Universität Marburg IP angemeldet hat, verglichen. Da ein zukunftsweisendes Li-Elektrolytsystem für Anwendungen in Li-Ionen-Akkumulatoren aus mindestens den drei Komponenten: (i) Li-Salz, (ii) Lösungsmittel (hier IL) und (iii) Hilfsliganden für Lithium (hier Zwitterionen), besteht, soll in diesem Projekt ein solches Dreikomponentensystem derart optimiert werden, dass Industriepartner Anwendungsperspektiven und Vorteile gegenüber Organocarbonat-basierten Elektrolytsystemen demonstriert werden können. Die Arbeitsgruppen streben daher die Weiterentwicklung bis zur Systemlösung mit dem Ziel der Vergabe einer Lizenz  an.  Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Dreikomponentensystem durch Rückkopplung zwischen synthetischen Arbeiten und elektrochemischen Untersuchungen bezüglich neuer Struktureinheiten optimiert.

 

Die Mittel des Machbarkeitsfonds werden für die Veredelung der bestehenden drei Patentfamilien der Universität Marburg verwendet:

1) WO 2007/131498 A2.130 (priority 17.05.2006) “Hydrophobic Ionic Liquids”

2) European Patent Appl. EP 09173567.0 (priority 20.10.2009) „Neue Pentafluorphenylamidoanionen umfassende Lithiumsalze, ihre Herstellung und ihre Verwendung“

3) European Patent Appl. EP 10152769.5 (priority 05.02.2010) "Hexaorganoguanidinium-organocarbonate, ihre Herstellung und ihre Verwendung"

 

 

 

Mikro-Zelle

Abbildung: Spezielle Mikro-Zelle für elektrochemische Untersuchungen an neuen Flüssigelektrolyten, die Messungen an sehr geringen Flüssigkeitsmengen (etwa 40 μl) in einer Drei-Elektroden-Anordnung erlaubt (Quelle: Diplomarbeit B. Huber, Philipps-Universität Marburg, 2009).

 

Zuletzt aktualisiert: 21.09.2011 · Rockelm

 
 
 
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