Elektrolyte Herstellen

Herstellung von Elektrolyten

also die Elektrolytdicke, könnte man wahrscheinlich noch dichtere Elektrolyte herstellen. Elektroplattierungselektrolyt: Wenn metallisches Kupfer in Schwefelsäure gelöst wird, entsteht Kupfersulfat. Formulierung für eigene Elektrolyt-Dextrose-Lösung (dritte Lösung):. ein Rezept, mit dem Sie im Notfall selbst eine Elektrolytlösung herstellen können. Für die Herstellung von Durchflussbatterien werden Elektrolytlösungen wie Vanadium-Elektrolytlösungen, Yttrium-Kobalt-Lösungen und Yttrium-Nitrat-Lösungen verwendet.

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Infos

Zur Herstellung einer fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösung, die die ionische Leitfähigkeit verbessert, ist ein Prozess vorgesehen. Der Prozess umfasst einen Erhitzungsschritt eines Fluors und/oder Lösemittels, wenn das Fluorsäure und das Lösemittel vermischt werden, worin eine Erhitzungstemperatur in dem Arbeitsschritt geringer ist als eine Zersetzungstemperatur.

Es handelt sich dabei um Lösungen von fluoridionenleitenden Elektrolyten, die die ionische Leitfähigkeit erhöhen können. Bei der Verwendung von Fluoridionbatterien werden Elektrolyte (Elektrolytlösungen) eingesetzt, die Fluorid-Ionen abführen. Beispielsweise zeigt die Literatur 1 eine elektrolytische Lösung, in der Fluorid-Salze in einem Lösemittel aufgelöst werden. In der Literatur 3 findet sich eine elektrolytische Lösung, in der Fluorid-Salze in unterschiedlichen organischen Lösungsmitteln auflösen.

Zu den Aufgaben dieser Innovation gehört die Bereitstellung einer fluoridionenleitenden Lösung, die die ionische Wärmeleitfähigkeit verbessert. Die Entwickler dieser Entwicklung haben durch umfangreiche Forschungen festgestellt, dass eine genügende ionische Ableitung in Fluoridionen-Elektrolytlösungen nicht erreicht werden kann, da Fluorid-Salze stark ionische Bindungseigenschaften besitzen und eine Ionen-Dissoziation schwer zu erreichen ist. Aufgrund der weiteren intensiven Untersuchung dieser Ergebnisse haben die Entwickler dieser Entwicklung festgestellt: Bei der Herstellung einer elektrolytischen Lösung ist es möglich, durch Erhitzen eines Fluorid und eines Lösemittels, wenn diese vermischt werden, die Ionen-Dissoziation voranzutreiben und die Ableitung von negativen lonen (Fluoridionen) in der elektrolytischen Lösung zu erhöhen.

Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde diese Entwicklung abgeschlossen. D. h. ein erster Bestandteil der gegenwärtigen Entwicklung ist ein Prozess zur Herstellung einer fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösung, bei dem ein Verfahrensschritt des Erhitzens eines Fluors und/oder eines Lösemittels, wenn das Fluor und das Lösemittel vermischt werden, umfasst ist, bei dem eine Erhitzungstemperatur in dem Verfahrensschritt geringer ist als eine Zersetzungstemperatur.

Die vorliegende Neuerung "Erwärmung eines Fluors und/oder eines Lösemittels, wenn das Fluor und das Lösemittel vermischt werden" umfasst einen Erhitzungszustand, in dem ein Gemisch aus einem Fluorsäure und einem Lösemittel durchgeführt wird, einen Erhitzungszustand, in dem ein Fluorsäure ester in einem erhitzten Lösemittel vermischt wird, und einen Erhitzungszustand, in dem ein erhitztes Fluorsäureester in einem Lösemittel vermischt wird.

D. h., die gegenwärtige Entwicklung umfasst alle Staaten, in denen die Erwärmung durchgeführt wird, um die Temperaturen eines Lösemittels und eines Fluorid während des Mischens über der Raumtemperatur zu halten. Im ersten Teil der aktuellen Entwicklung wird eine Heiztemperatur von mehr als 24°C vorgezogen.

Der zweite Punkt der gegenwärtigen Entwicklung ist ein Prozess zur Herstellung einer Fluoridionbatterie, bei dem zwischen einer Katode und einer anodischen Schicht eine Elektrolyt-Schicht angeordnet wird, die die durch das Prozess nach dem ersten Punkt der gegenwärtigen Entwicklung gewonnene fluoridionenleitende Elektrolyt-Lösung enthält. Nach der jetzigen Entwicklung ist es möglich, die Konzentration der Fluoride in einer elektrolytischen Lösung zu steigern und die Ableitung der Negativionen (Fluoridionen) in der elektrolytischen Lösung zu optimieren, indem man die Ionendissoziation durch Erhitzen ermöglicht.

ist ein Diagramm mit den ionischen Leitfähigkeiten von fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösungen aus Beispiel 1 und Beispiel 1; 2 ist ein Diagramm mit den ionischen Leitfähigkeiten von fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösungen aus Beispiel 2 und Beispiel 2; 3 ist ein Diagramm mit den ionischen Leitfähigkeiten von fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösungen aus Beispiel 2 bis 4 und den Vergleichen von Beispiel 2 und 3; 5 ist ein Diagramm mit den ionischen Leitfähigkeiten von fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösungen aus Beispiel 6 und Beispiel 5.

Der Prozess zur Herstellung einer fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösung gemäß der gegenwärtigen Patentanmeldung umfasst den Verfahrensschritt des Erhitzens eines Fluors und/oder Lösemittels, wenn das Fluor und das Lösemittel vermischt werden; und die Erhitzungstemperatur beim Erhitzen des Fluors und/oder des Lösemittels ist geringer als die Zersetzungstemperatur.

Die in dieser Entwicklung verwendeten "Fluoride" sind nicht begrenzt, solange sich das Fluor in einem Lösemittel auflöst, um fluoridhaltige Ionen zu zersetzen. Dazu gehören Alkalifluoride, insbesondere Alkalifluoride, KsF, KF u. LF, wobei besonders häufig KsF vorzuziehen ist. Darunter werden vorzugsweise organisches Ammoniumfluorid und insbesondere Trimethylammoniumfluorid, Tetra-, Neopentyltrimethylammoniumfluorid und Tetra- pentylammoniumfluorid verwendet.

Die in dieser Innovation verwendeten "Lösungsmittel" sind nicht begrenzt, solange das Lösemittel die oben genannten Fluide auflösen kann. Als Lösemittel können neben verschiedenen organischen Lösungsmitteln auch Ionenflüssigkeiten und ähnliches eingesetzt werden. Darunter sind Karbonate, Äther, Schwefelverbindungen, Phosphorsäureester-Verbindungen, Aromaten, Kettenammonium-basierte Ionenflüssigkeiten zur Hemmung der Verdampfung und mit guten Hitzebeständigkeitseigenschaften (bei hoher Zersetzungstemperatur) sowie Polypropylencarbonat und Triethylphosphat besonders zu bevorzugen.

Dabei wird das oben genannte Flourid mit einem Lösemittel vermischt und das Flourid im Lösemittel aufgelöst. Die Mischungsverhältnisse von Fluor und Lösemittel sind nicht besonders begrenzt. Der untere Grenzwert der Fluorkonzentration im Lösemittel beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,01 mol/kg, bevorzugter nicht weniger als 0,05 mol/kg und bevorzugter nicht weniger als 0,1 mol/kg.

Der obere Grenzwert beträgt vorzugsweise 10 mol/kg, bevorzugter 5 mol/kg und noch bevorzugter 2 mol/kg. Dabei ist zu beachten, dass sich das ganze Flussmittel nicht komplett im Lösemittel auflösen muss. Dabei kann ein bekannter Prozess als Mischverfahren für Fluor und Lösemittel beibehalten werden.

So können z.B. Fluor und Lösemittel umgerührt werden. Um die Verdampfung des Lösemittels zu verhindern, ist es vorzuziehen, das Fluor und das Lösemittel in einem geschlossenen Gefäß zu mischen. Dabei wird das oben genannte Flourid und/oder Lösemittel erhitzt, wenn es mit dem Lösemittel vermischt wird.

Ein bestimmter Status kann (1) ein Status sein, in dem das Flourid und das Lösemittel während des Vermischens auf eine niedrigere Temperatur als die der Zersetzung des Lösemittels erhitzt werden, (2) ein Status, in dem das Flourid dem Lösemittel zugesetzt wird, die auf eine niedrigere als die Zerlegungstemperatur erhitzt und vermischt werden, (3) einen Aggregatzustand, in dem das auf eine niedrigere als die Zerlegungstemperatur des Lösemittels erhitzte fluorierte Material dem Lösemittel zugesetzt und vermischt wird, oder ein derartiges.

Darunter ist der Erhitzungszustand von Fluor und Lösemittel während des Mischvorgangs auf eine niedrigere als die Zersetzungstemperatur des Lösemittels zu bevorzugen, um eine leichte Temperaturkontrolle zu ermöglichen und einen bemerkenswerten Effekt zu erzielen. Bei gleichzeitigem Mischen und Erhitzen erhöht sich die Kontakthäufigkeit von Fluorit und Lösemittel, wobei sich die Dissoziation der einzelnen Komponenten erhöht, so dass der Fluoridzustand, in dem die einzelnen Komponenten in kürzester Zeit getrennt werden, aufrechterhalten werden kann.

Dabei werden in jedem der beiden Anwendungsfälle (1) bis (3) die Temperatur des Lösemittels und des Fluors beim Anmischen auf eine höhere Temperatur als die Raumtemperatur umgestellt. Dabei kann ein bekannter Prozess als Prozess zur Erwärmung des Fluors und/oder Lösemittels eingesetzt werden. Beispielsweise können das Fluor und das Lösemittel von außerhalb des Containers mittels einer Heizung und ähnlichem erhitzt werden, indem ein Behälter, in dem sich das Fluor und das Lösemittel befinden, erhitzt wird.

Um die Verdampfung des Lösemittels zu verhindern, sollten Fluor und Lösemittel in einem geschlossenen Gefäß erhitzt werden. Solange die Heiztemperatur geringer ist als die Abbautemperatur des Lösemittels, ist die Heiztemperatur nicht begrenzt und wird entsprechend der verwendeten Lösungsmittelart festgelegt.

Die untere Grenze der Heiztemperatur liegt, je nach verwendetem Lösungsmittel, vorzugsweise über 24°C, vorzugsweise nicht unter 40°C und noch bevorzugter nicht unter 60°C. Der obere Grenzwert der Heiztemperatur beträgt vorzugsweise nicht mehr als 150°C und vorzugsweise nicht mehr als 100°C.

Eine solche Erhitzungstemperatur ermöglicht es, das Fluorid weiter zu dissoziieren und gleichzeitig die Zerlegung des Lösemittels zu verhindern. Je nach verwendeter Fluorid- und Lösungsmittelsorte wird die Anmischzeit (bzw. Aufheizzeit) entsprechend festgelegt und schon eine geringe Anmischzeit kann eine ausreichende Wirkung erzielen.

Die untere Grenze liegt, je nach Art des zu benutzenden Fluors und Lösemittels, vorzugsweise bei nicht weniger als 10 min und vorzugsweise nicht weniger als 30 min und die obere Grenze bei nicht mehr als 24 h und vorzugsweise nicht mehr als 10 h. Neben dem oben genannten fluoridhaltigen und lösungsmittelhaltigen Stoff können in der Lösung "weitere Bestandteile" enthalten sein, die in dem Bereich liegen, in dem die Wirkung der Patentanmeldung nicht eingeschränkt ist.

Andere oben beschriebene Komponenten können dem fluoridhaltigen Lösemittel zugesetzt werden, wenn das fluoridhaltige Lösemittel beigemischt wird. Bei der Herstellung einer fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösung nach einem konventionellen Verfahren werden Fluoridsalz und Lösemittel normalerweise bei Zimmertemperatur (20°C) vermischt und eingestellt, um die Verdampfung und den Abbau des Lösemittels zu verhindern.

Fluorsalze sind jedoch nach den Ergebnissen der Entwickler dieser Entwicklung stark ionenbindende Stoffe, deren Ionendissoziation bei Zimmertemperatur nur schwer voranschreitet. Deshalb hat die konventionell erzeugte Lösung keine ausreichende Leitfähigkeit der Fluoridionen und es wird nicht immer eine zufrieden stellende Leistungsfähigkeit erreicht, wenn die Lösung für Fluoridionen-Batterien eingesetzt wird.

In diesem Punkt traut sich die jetzige Entwicklung, einen gegen die konventionellen Verfahren verstoßenden Arbeitsschritt anzuwenden, den Arbeitsschritt, bei dem eine Erwärmung durchgeführt wird, wenn ein fluoridhaltiges und ein lösungsmittelhaltiges Produkt beigemischt werden. Damit kann die Ionendissoziation von Fluorit gefördert und die Leitfähigkeit der Fluoridionen in der Lösung verbessert werden. Dabei ist die obere Grenze der Heiztemperatur kleiner als die Zerfallstemperatur des Lösemittels.

Darüber hinaus ist, wie die später dargestellten Beispiele zeigen, der verbesserte Effekt der ionischen Leitfähigkeit dieser Entwicklung auch nach Beendigung der Erhitzung der elektrolytischen Lösung und Abkühlung der elektrolytischen Lösung auf Zimmertemperatur erkennbar. Dies bedeutet, dass die durch diese Entwicklung gewonnene Elektrolyt-Lösung auch in der Betriebsumgebung von Fluorid-Ionen-Batterien eine ausreichende ionische Leitfähigkeit aufweisen kann.

Die hier vorgestellte Entwicklung sieht ein Elektrolytlösungsverfahren vor, das die Leitfähigkeit der Fluorid-Ionen verbessert. Der oben genannte fluoridionenleitende Elektrolyt wird insbesondere als Elektrolyt von Fluoridionenakkus bevorzugter. Mit anderen Worten, diese Entwicklung hat einen Teilaspekt eines Prozesses zur Herstellung einer Fluoridionbatterie. Insbesondere ist es ein Herstellverfahren für eine Fluoridionbatterie, bei dem eine elektrolytische Schicht, die die durch das oben genannte Herstellverfahren gewonnene fluoridionenleitende Lösung des Elektrolyten aufweist, zwischen einer Katode und einer anodischen Schicht angeordnet wird.

Der Elektrolyt ist eine Lage, in der die oben genannte fluoridionenleitende Lösung liegt. Beispielsweise kann die elektrolytische Beschichtung durch die Imprägnierung eines Abscheiders und ähnlichem mit der fluoridionenleitenden Lösung hergestellt werden. Gehäuse der Elektrolytlage, der Katode und der Batterie in einem Batteriekasten, um die Elektrolytlage zwischen der Katode und der Kathode zu platzieren; und geeignete Anschlüsse und ähnliches daran anzubringen.

Der Akku kann eine Laminatbatterie sein, in der eine Vielzahl von Elektroden, Katoden und Elektroden geschichtet sind, oder eine Vielzahl von Fluoridionen-Batterien werden kann. Die Methode zur Herstellung einer Fluoridionbatterie nach der jetzigen Methode führt zu einer Verbesserung der Leitfähigkeit der in der Elektrolytlage zu benutzenden Fluoridionen. Dadurch ist es möglich, eine fluoridhaltige Ionenbatterie mit hervorragender Leistung zu erzeugen, deren Strombelastbarkeit u.ä. gesteigert wird.

Der durch diese Entwicklung entstandene Fluorid-Ionen-Akku kann als Primär- und Sekundär-Batterie eingesetzt werden. Hier wird beispielhaft das Herstellungsverfahren einer fluoridionenleitenden Lösung nach der aktuellen Entwicklung erörtert. Die gegenwärtige Entwicklung ist jedoch nicht auf diese speziellen Arten begrenzt. Der gewogene Cäsiumfluorid und das Propencarbonat wurden durchmischt.

Der entstandene Werkstoff wurde 1 Std. lang in einem verschlossenen Fluorharzbehälter auf 80°C erhitzt, um eine fluoridionenleitende Lösung zu erzielen, wie in Beispiel 1 gezeigt. Die gewogenen Tetramethylammoniumfluoride und das Propencarbonat wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 1 Std. lang in einem verschlossenen Gefäß mit Fluorharzen auf 80°C erhitzt, um eine fluorionenleitende Lösung zu erzielen, wie in Beispiel 2 gezeigt.

Die gewogenen Tetramethylammoniumfluoride und das Propencarbonat wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 5 Std. lang in einem verschlossenen Gefäß mit Fluorharzen auf 60°C erhitzt, um eine fluorionenleitende Lösung zu erzielen, wie in Beispiel 3 gezeigt. Die gewogenen Tetramethylammoniumfluoride und das Propencarbonat wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 8 Std. lang in einem verschlossenen Gefäß mit Fluorharzen auf 60°C erhitzt, um eine fluorionenleitende Lösung zu erzielen, wie in Beispiel 4 gezeigt.

Die Einwaage des Tetramethylammoniumfluorids und das Dimethyl-Sulfoxid wurden beigemischt. Der entstandene Werkstoff wurde 1 Stunde lang in einem versiegelten Fluorharzbehälter auf 80°C erhitzt, um eine fluorionenhaltige Lösung zu gewinnen, wie in Beispiel 5 gezeigt. Die gewogenen Tetramethylammoniumfluoride und N-Methylpyrrolidone wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 1 Stunde lang in einem abgeschlossenen Fluorharzbehälter auf 80°C erhitzt, um eine fluorionenleitende Lösung zu erzielen, wie in Beispiel 6 gezeigt.

Der gewogene Cäsiumfluorid und das Propencarbonat wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 60 Std. bei Zimmertemperatur (24°C) in einem verschlossenen Gefäß aus Fluorkunststoff umgerührt, um eine fluorionenleitende Lösung gemäß Beispiel 1 zu gewinnen. Die gewogenen Tetramethylammoniumfluoride und das Propencarbonat wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 60 Std. bei Zimmertemperatur (24°C) in einem verschlossenen Gefäß aus Fluorkunststoff umgerührt, um eine fluorionenleitende Lösung gemäß Beispiel 2 zu gewinnen.

Die gewogenen Tetramethylammoniumfluoride und das Propencarbonat wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 160 Std. bei Zimmertemperatur (ca. 30°C) in einem verschlossenen Fluorharzbehälter zu einer fluorionenleitenden Lösung gemäß Beispiel 3 umgerührt. Die Einwaage des Tetramethylammoniumfluorids und das Dimethyl-Sulfoxid wurden beigemischt. Der entstandene Werkstoff wurde 25 Std. bei Zimmertemperatur (ca. 30°C) in einem verschlossenen Fluorharzbehälter zu einer fluorionenleitenden Lösung gemäß Beispiel 5 umgerührt.

Die gewogenen Tetramethylammoniumfluoride und N-Methylpyrrolidone wurden durchmischt. Der entstandene Werkstoff wurde 25 Std. bei Zimmertemperatur (ca. 30°C) in einem geschlossenen Fluorharzbehälter umgerührt, um eine fluorionenleitende Lösung gemäß Beispiel 5 zu gewinnen. Im Handschuhfach mit Ar-Atmosphäre wurde die Wassertemperatur jeder fluorionenleitenden Lösung aus den Beispiel 1 bis 6 und den Vergleichsmustern 1 bis 5 in einem Thermostatenbad auf 25°C einer Lösungtemperatur festgelegt.

Die in den unter 1 und 2 dargestellten Resultaten dargestellten Fälle, in denen die Erwärmung beim Mischen von Fluor und Lösemittel durchgeführt wurde, hatten im Vergleich zu den ionischen Leitfähigkeiten der Vergleichsbeispiele, in denen die Erwärmung nicht durchgeführt wurde, deutlich verbesserte Ionenkapazitäten.

Außerdem wurde in beiden Faellen eine ausreichende Wirkung bestaetigt, und zwar bei Verwendung eines anorganischen Fluoridsalzes als Flourid (Beispiel 1) und bei Verwendung eines organischen Fluoridsalzes als Flourid (Beispiel 2). Außerdem ist aus den in 3 dargestellten Resultaten zu ersehen, dass die Erwärmung und das Umrühren bei der Mischung von Fluor und Lösemittel eine deutlich verbesserte Ionenleitfähigkeit im Vergleich zu den Ionenleitwerten der Vergleichsmuster, bei denen nur das Langzeitumrühren ohne Erwärmung durchgeführt wurde (Beispiel 2):

Diese Ergebnisse zeigten auch, dass der Hauptgrund für die Erhöhung der ionischen Leitfähigkeit der Lösung die Erwärmung und nicht die Umrüstzeit war. Weiterhin ist aus den unter 4 und 5 dargestellten Resultaten zu ersehen, dass der Einfluss der Erhöhung der Ionenleitfähigkeit durch Erhitzen nachgewiesen wurde, und zwar ungeachtet der Lösungsmittelart der Elektrolytlösung selbst ( (Beispiel 5: ?? = 1,47 mS/cm, Vergleich Beispiel 4: ??=1, 43 mS/cm, Beispiel 6: ??=0, 0,199 mS/cm, Vergleich Beispiel 5: ??=0,186 mS/cm).

Bei der Herstellung einer elektrolytischen Lösung durch Vermischen eines Fluors und eines Lösemittels ist es also möglich, die Ionen-Dissoziation des Fluors in kurzer Zeit zu fördern und die Fluoridionen-Leitfähigkeit der elektrolytischen Lösung durch Erhitzen auf eine niedrigere als die Zersetzungstemperatur des Lösemittels zu erhöhen, gleichgültig, ob das Fluorsalz ein inorganisches oder ein biologisches Solvensalz ist und gleichgültig, welche Lösungsmitteltypen es ist.

Das durch diese Entwicklung gewonnene fluoridionenleitende Elektrolyt kann besonders gut für eine Elektrolytflüssigkeit von Primär- und Sekundärabatterien ausgenutzt werden. Der Herstellungsprozess dieser Innovation kann die Leistungsfähigkeit der Lösung nur durch Erhitzen steigern. Dies bedeutet, dass der Herstellungsprozess der gegenwärtigen Patentanmeldung, der leicht durchführbar ist und eine signifikante Wirkung hat, in der Industrie als sehr gut einsetzbar gilt.

Eine Prozedur zur Herstellung einer fluoridionenleitenden elektrolytischen Lösung, umfassend einen Verfahrensschritt des Erhitzens eines Fluors und/oder eines Lösemittels, wenn das Fluor und das Lösemittel vermischt werden, worin eine Erhitzungstemperatur in dem Verfahrensschritt geringer ist als eine Zersetzungstemperatur. Behandlungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Heiztemperatur über 24°C liegt.

Der Prozess nach Anspruch 1, bei dem die Heiztemperatur nicht unter 40°C liegt. Der Prozess nach Anspruch 1, bei dem die Heiztemperatur nicht unter 60°C liegt. Verarbeitung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wenn die Heiztemperatur nicht über 150°C liegt. Verarbeitung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, die Heiztemperatur beträgt nicht mehr als 100°C.

Herstellungsverfahren einer Fluoridionbatterie, bei dem zwischen einer Katode und einer Kathode eine die nach dem Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellte fluoridionenleitende Elektrolytlösung enthaltende elektrolytische Schicht angeordnet wird.

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