Способ производства электрической энергии, устройство для его осуществления и соединение

 

Изобретение относится к способу производства электрической энергии, к устройству для осуществления способа, к соединению, имеющему N-F-связь и производящему электрическую энергию, и к батарее, использующей соединение, обеспечивает решение задачи производства электрической энергии путем использования материалов в качестве активного материала для батареи, электролита и т.п., которые удобны в обращении и являются приемлемыми с точки зрения охраны окружающей среды. Техническим результатом изобретения является создание нового способа, простого в реализации. 5 с. и 15 з.п.ф-лы, 5 ил., 10 табл.

Представленное изобретение относится к способу для производства электрической энергии, к устройству для осуществления этого способа, к соединению, имеющему N-F связь, для производства электрической энергии и к батарее, использующей соединение, и, в частности, относится к способу для производства электрической энергии с использованием активного материала для батареи, такого как электролита, или подобных, которые удобны в обращении и приемлемы с точки зрения соблюдения требований охраны окружающей среды.

Известны типовые обычные устройства, основанные на генерации электрической энергии, такие как батареи, а также различные соединения, используемые в качестве электролита и активного материала для положительных электродов.

На основе батарей создаются электрические источники энергии, использующиеся в национальных средствах жизнеобеспечения, а также источники энергии для сложных приборов. Различные виды батарей исследуются и разрабатываются в зависимости от требуемых характеристик.

Батареи обычно исключают активные материалы для положительных электродов, электролиты и активные материалы для отрицательных электродов и обычно изготавливаются с использованием комбинации различных материалов для удовлетворения различных требований к компактности, необходимым размерам и увеличению срока службы, к обеспечению высокой мощности, высокой электродвижущей силы, широкого диапазона рабочих температур, безопасности и приемлемости для окружающей среды. Например, первичные литиевые элементы, известный первичный элемент закрытого типа имеют хорошие характеристики, в частности, высокую плотность энергии, низкую скорость саморазрядки, широкий диапазон рабочих температур, надежную изоляцию или др. Примерами таких батарей являются фторид-углерод литиевые батареи, использующие органический электролитный раствор и фториды углерода в качестве активных материалов для положительных электродов; батареи на двуокиси марганца/лития, использующие диоксиды марганца в качестве активных материалов для положительных электродов, а также батареи на окиси меди/лития, использующие оксиды меди в качестве активных материалов для положительных электродов. Особенностями соответствующих батарей являются высокая электродвижущая сила и длительный срок хранения для фторид углерода/литиевых батарей; высокая электродвижущая сила и экономичность для диоксид марганца/литиевых батарей; взаимозаменяемость с обычными батареями (на 1,5 В) для оксида меди/литиевых батарей.

Также известен первичный литиевый элемент в виде тионил хлорид/литиевой батареи, имеющей особенно высокую электродвижущую силу и плотность энергии. Тионил хлорид, который находится в этой батарее в форме жидкости при комнатной температуре, используют как активный материал для положительных электродов и как электролит. Однако из-за того, что тионил хлорид ядовит, использование его для обычных потребителей ограничено, и поэтому такие батареи имеют худшие характеристики с точки зрения широкой применимости.

Поскольку вышеупомянутые первичные литиевые батареи используют жидкости в качестве электролитов, в них всегда имеется опасность утечки и проблемы, связанные с разложением, с выделением газа, причем максимальная температура употребления ограничена температурой кипения электролитного раствора. Поэтому было предложено использовать твердый материал для электролитов. Например, разработана литиевая батарея, использующая литий йодид в качестве твердого электролита и йод/поли(2-винилпиридин) в качестве активного материала для положительного электрода (JP-A-81919/1978). Однако, так как из йода (I2) и поли(2-винилпиридина) не может быть получено стабильное соединение, йод/поли(2-винилпиридин) может давать ядовитые испарения йода, обладающие коррозионными свойствами. Поэтому, когда такая батарея используется в виде встроенной в прецизионное механическое оборудование и медицинские приборы, требуется надежная изоляция. Как упомянуто выше, обычные батареи обуславливают проблемы, связанные с утечкой, токсичностью и коррозионностойкостью материалов батареи, и такие недостатки затрудняют обращение с ними, а наличие тяжелых металлов является неприемлемым с точки зрения охраны окружающей среды.

Задачей изобретения является создание нового способа для производства электрической энергии, простого в реализации и применимого с учетом требований охраны окружающей среды, а также реализующего этот способ устройства и соединения, имеющего N-F связь, обеспечивающих выработку электрической энергии высокой электродвижущей силой требуемым напряжением.

В соответствии с изобретением способ производства электрической энергии состоит в том, что упомянутая энергия вырабатывается путем электрохимической реакции между соединением, имеющем N-F связь, и соединением, дающим свободный электрон упомянутому соединению.

Фиг. 1 - схематическое представление батареи, поясняющее измерение потенциала окисления, которая была использована в примере 1.

Фиг.2 - схематическое представление способа измерения для полностью твердотельной батареи в соответствии с изобретением, которая была изготовлена в примерах 7-16.

Фиг.3 - график, иллюстрирующий измерение во времени электродвижущей силы твердотельной батареи, соответствующей изобретению, которая была изготовлена в примере 8.

Фиг.4 - общий вид батареи, изготовленной в примере 18-170 и 190-205.

Фиг.5 - общий вид батареи, изготовленной в примерах 171-188.

В качестве соединений, имеющих N-F связь, используемых в изобретении, могут быть использованы соединения, например N-фторпиридиний, N-фторсульфонамид, N-фторхинуклидиний, N-фтор-1,4-диазониабицикло[2,2,2]октан, N-фтордисульфонимид, N-фторамид, N-фторкарбамат и N-фторпиридон.

Многие из вышеупомянутых соединений, имеющих N-F связь, являются устойчивыми твердыми продуктами в широком диапазоне температур, в частности, даже при высокой температуре. Например, температура плавления N-фторпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 185o до 187oC, температура разложения N-фторпиридинийгексафторантимоната составляет 293oC, температура разложения N-фторпиридиний-2-сульфоната составляет от 232o до 235oC, температура разложения поли(2-винил-N-фторпиридинийтетрафторбората) составляет 240oC, температура плавления N-фторпиридинийтрихлорметансульфоната составляет от 205,5oC до 207oC, температура плавления N-фторпиридинийтетрафторбората составляет от 196,8oC до 198oC, температура разложения N-фторпиридинийгексафторфосфата составляет 202oC, температура разложения N-фторпиридинийгексафторарсената составляет 230oC, температура плавления N-фторпиридинийперхлората составляет от 225oC до 227,5oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-триметилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 168oC до 170oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-триметилпиридинийфторсульфата составляет от 162oC до 164oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-триметилпиридинийтетрафторбората составляет от 215oC до 217oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-три-t-бутилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 238oC до 239oC, температура плавления N-фтор-2,6-ди-t-бутил-4-метилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 158oC до 159oC, температура плавления N-фтор-1,2,3,4,5,6,7,8-октагидроакридинийтрифторметансульфоната составляет от 150oC до 152oC, температура плавления N-фтор-2-фторметил-4,6-ди-метилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 160oC до 162oC, температура плавления N-фтор-2-хлорпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 149oC до 151oC, температура плавления N-фтор-3,5-дихлорпиридинийтетрафторбората составляет от 208oC до 209oC, температура плавления N-фторпентахлорпиридинийтетрафторбората составляет от 198oC до 200oC, температура плавления N-фтор-3,5-бис(трифторметил)пиридинийтрифторметансульфоната составляет от 193oC до 195oC, температура плавления N-фтор-2-ацетилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 151oC от 152oC, температура разложения N-фтор-5-(трифторметил)пиридиний-2-сульфоната составляет от 190oC до 220oC, температура плавления N-фтор-6-хлорпиридиний-2-сульфоната составляет от 171oC до 173oC, температура разложения N-фторхинуклидинийтрифторметансульфоната составляет от 266oC до 268oC, температура плавления N-фторхинуклидинийгептафторбутилата составляет от 142oC до 144oC, температура разложения N-фтор-N'-метил-1,4-диизониабицикло[2,2,2]октанди(трифторметансульфоната) составляет от 220oC до 221oC, температура плавления N-фтор-N'-хлорметил-1,4-диазониабицикло-[2,2,2] октаниди(тетрафторбората) составляет 170oC, температура плавления N-фтор-о-бензолсульфонимида составляет от 139o до 140oC, температура плавления N-фторбензолсульфонимида составляет от 114oС до 116oC, температура плавления N-фтор-3,3-диметил-2,3-дигидро-1,2-бензотиазол-1,1-диоксида составляет от 114oС до 116oC, температура плавления (-)-N-фтор-2,10-камфорсультама составляет от 112oС до 114oC, температура плавления (+)-N-фтор-2-эндометил-2,10-камфорсультама составляет от 151oС до 154oC, и температура плавления N-фтор-3,4,5,6-тетрахлор-2-пиридона составляет от 102oС до 104oC. То есть поскольку соединения устойчивы при нормальной температуре, обращение с ними как при производстве, так и при использовании не вызывает затруднений, а поскольку в их составе нет никаких тяжелых металлов, то требования, предъявляемые охраной окружающей среды, выполняются в полной мере. Когда такие соединения используются в качестве электролита, они представляют собой превосходный твердый электролит, а поскольку такое соединения является также активным материалом для положительного электрода, то оно может функционировать и как активный материал для положительного электрода, и как электролит. Когда соединение используется как материал для батареи, то может быть создан первичный элемент, имеющий малые габариты и простую конструкцию, структура которой свободна от утечек жидкости и газа. Это обеспечивается просто размещением положительного и отрицательного электродов, имеющих активные вещества, обращенными один к другому, без присутствия жидкого электролита и сепаратора между ними.

Кроме того, электродвижущая сила может быть изменена путем выбора различных соединений, имеющих N-F-связь, что обеспечивает возможность создания батарей для различных применений, при более простой взаимозаменяемости с обычными батареями. Многие соединения, имеющие N-F-связь, известны как фторирующие агенты (JP-B-33707/1990, JP-A-295610-1988, JP-A-99062-1991, Bull. Chem. Soc. Jpn. 64, 1081 (1991), Z. Chem. 5,64 (1965), EP-A-470669, Реферат 17-го Национального семинара по химии фтора (Осака, 1992) страницы 129-130, J. Fluorine Chem. 54, 207 (1991), EP-A-526849, JP-A-504124/1992, J.Fluorine Chem. 55, 207 (1991), J. Cnem. Soc., Chem. Commun, 1992, 595, J.Org, Chem, 58, 2791 (1993), J.Am. Chem. Soc., 106, 452 (1984), J.Am. Chem. Soc., 108, 2445 (1986), J. Fluorine Chem., 46, 297 (1990), Tetrahedron Lett, 32, 1779 (1991), Tetrahedron Lett. , 29, 6087 (1988), J. Am. Chem. Soc., 109, 7194 (1987), JP-A-26264/1987, Synlett, 1991, 187, Tetrahedron Lett, 32, 1631 (1991), Tetrahedron, 47, 7447 (1991), Tetrahedron, 48, 1595 (1992), J. Org. Chem. , 34, 2840 (1969), J. Org. Chem., 35, 1545 (1970), J. Fluorine Chem., 52, 389 (1991), J. Fluorine Chem., 34, 281 (1986).

Обнаружено, что соединения, имеющие N-F-связь, пригодные для использования в качестве фторирующих агентов, предпочтительны для использования в качестве материалов для производства электрической энергии, что предусмотрено настоящим изобретением.

Среди соединений, имеющих N-F-связь согласно изобретению, которые являются эффективными компонентами материалов для производства электрической энергии те, что являются особенно предпочтительными, как N-фтор-пиридиниевые соединения, представлены следующими формулами (I) и (II): где R1 - R10 являются одинаковыми или различными, и любой из них является атомом водорода, атомом галогена, нитро-, гидроксильной, циано- или карбамильной группой, алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена, гидроксилом, алкоксигруппой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, арилоксигруппой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, ацилоксигруппой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; алкенильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкенильной группой вышеупомянутой алкенильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; алкинильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой вышеупомянутой алкинильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; арильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной группой вышеупомянутой арильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; ацильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной ацильной группой вышеупомянутой ацильной группы, замещенной с помощью атома галогена; алкоксикарбонильной группой, имеющей от 2 до 15 атомов углерода или замещенной алкоксикарбонильной группой вышеупомянутой алкоксикарбонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; арилоксикарбонильной группой, имеющей от 7 до 15 атомов углерода или замещенной арилоксикарбонильной группой вышеупомянутой арилоксикарбонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
алкилсульфинильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкилсульфинильной группой вышеупомянутой алкилсульфинильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода;
арилсульфинильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арилсульфинильной группой вышеупомянутой арилсульфинильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
алкилсульфонильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкилсульфонильной группой вышеупомянутой алкилсульфонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода;
арилсульфонильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арилсульфонильной группой вышеупомянутой арилсульфонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
алкоксигруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкоксигруппой вышеупомянутой алкоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода;
арилоксигруппой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арилоксигруппой вышеупомянутой арилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
ацилоксигруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной ацилоксигруппой вышеупомянутой ацилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена;
ацетилтиогруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной ацилтиогруппой вышеупомянутой ацилтиогруппы, замещенной с помощью атома галогена;
алкансульфонилоксигруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкансульфонилоксигруппой вышеупомянутой алкансульфонилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода;
аренсульфонилоксигруппой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной аренсульфонилоксигруппой вышеупомянутой аренсульфонилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
карбомильной группой, замещенной алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или замещенной карбомильной группой вышеупомянутой алкилзамещенной карбомильной группы, замещенной с помощью арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода;
карбомильной группой, замещенной арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или замещенной карбомильной группой вышеупомянутой арилзамещенной карбомильной группы, замещенной с помощью алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
аминогруппой, замещенной ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или замещенной аминогруппой вышеупомянутой ацилзамещенной аминогруппы, замещенной с помощью галоидной группы;
группой N-фторпиридиниевой соли или замещенной группой N-фторпиридиниевой соли вышеупомянутой группы N-пиридиниевой соли, замещенной с помощью атома галогена, арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
группой N-алкилпиридиниевой соли, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной N-алкилпиридиниевой группой вышеупомянутой группы N-алкилпиридиниевой соли, замещенной с помощью атома галогена, арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
группой N-арилпиридиниевой соли, имеющей от 11 до 15 атомов углерода или замещенной N-арилпиридиниевой группой вышеупомянутой группы N-арилпиридиниевой соли, замещенной с помощью атома галогена, арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода;
или цепью органического полимера, и
R1-R10 могут образовывать в различных комбинациях кольцевую структуру с или с без гетероатома. Один от R6-R10 является -RSO3-(R является одинарной связью или алкиленовой группой, имеющей от 1 до 5 углерода), и X- является сопряженным основанием Broensted - кислоты.

В качестве Broensted-кислот для получения X- могут быть использованы, например, сульфоновые кислоты, также как метансульфоновая кислота, бутансульфоновая кислота, бензолсульфоновая кислота, толуолсульфоновая кислоты, нитробензолсульфоновая кислота, динитробензолсульфоновая кислота, тринитробензолсульфоновая кислота, трифторметансульфоновая кислота, перфторбутансульфоновая кислота, перфтороктансульфоновая кислота, перфтор-(2-этоксиэтан)сульфоновая кислота, перфтор(4-этилциклогексан)сульфоновая кислота, трихлорметансульфоновая кислота, дифторметансульфоновая кислота, трифторэтансульфоновая кислота, фторсульфоновая кислота, хлорсульфоновая кислота, камфорсульфоновая кислота, бромкамфорсульфоновая кислота, ( 4 холестен-3-он-6-сульфоновая кислота, 1-гидрокси-р-метан-2-сульфоновая кислота, р-стиролсульфоновая кислота, ( - стиролсульфоновая кислота, винилсульфоновая кислота и перфтор-3,6-диокса-4-метил-7- октенсульфоновая кислота;
полисульфоновая кислота, такие как поли(винилсульфоновая кислота), поли(р-стиролсульфоновая кислота), поли(2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновая кислота) и их сополимер со стиролом и поли(перфтор-3,6-диокса-4-метил-7-октенсульфоновая кислота) и ее сополимер с тетрафторэтиленом; неорганические кислоты, такие как серная кислота, фосфорная кислота и азотная кислота; галоидозамещенные кислоты, такие как фтористый водород, фтористоводородная кислота, хлористый водород, хлористоводородная кислота, бромистый водород, водородная кислота, йодистый водород, иодистоводородная кислота, хлорная кислота, бромная кислота, водная кислота, хлорноватая кислота, бромноватая кислота, моноалкил сульфаты, такие как монометил сульфат, и моноэтил сульфат; карбоновые кислоты, такие как уксусная кислота, муравьиная кислота, трихлоруксусная кислота, трифторуксусная кислота, пентафторпропионовая кислота, дихлоруксусная кислота и акриловая кислота; поликарбоновые кислоты, такие как поли(акриловая кислота), поли(перфтор-3,6-диокса-4-метил-7-октеновая кислота) и их сополимеры с тетрафторэтиленом; соединения кислот Льюиса, такие как HBF4, HPF6, HSbF6, HSbF6, HAsF6 и HBCl3F с гидрогалоидами; арилзамещенные соединения бора, такие как HBPhu,

Кислотные соединения амидов, такие как (FSO2)2NH, (PhSO2)2NH, (CF3SO2)2NH, (C4F9SO2)2NH, CF3SO2NHSO2C6F13

Соединения угольной кислоты, такие как (FSO2)3CH, (CF3SO2)3CH, (PhOSO2)3CH, (CF3SO2)2CH2, (CF2SO2)3CH, (C4F9SO2)3CH и (C8F17SO2)3CH. В качестве соединений формулы (I) среди вышеупомянутых N-фторпиридиниевых соединений, например, те, что представлены в таблице 1, являются предпочтительными, но соединения формулы (I) не ограничиваются ими

В таблице 1 n является целым числом от 10 до 100000, m является целым числом от 10 до 10000, а p и g, каждый, являются положительными целыми числами 1<р + g1000.

В качестве соединений формулы (II) среди вышеупомянутых N-фторпиридиниевых соединений, например, те, что представлены в таблице 2, являются предпочтительными, но соединения формулы (II) не ограничиваются ими.

Формула (II)

В качестве N-фторпиридиниевых соединений также могут быть, например, N-фторпиридинийпиридингептафтордиборат, имеющий следующую формулу:

или

Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторсульфонамидные соединения, представленные следующей формулой (III):

(где Ra и Rb являются одинаковыми или различными, и каждый является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, арильной группы, имеющей от C6 до C15 атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро-, циано-, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, или пиридильной группой, или замещенной пиридильной группой указанной выше пиридильной группы, замещенной с помощью атома галогена.

Ra и Rb могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома, и Rb может быть атомом водорода).

Например, существуют






Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторхинуклидиниевые соединения, представленные следующей формулой (IV):

(X является сопряженным основанием кислоты Broensted, упомянутой выше).

Например, существуют

Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фтор-1,4-диазониабицикло[2,2,2] октановые соединения, представленные следующей формулой (V):

(Rc является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода, алкоксигруппой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, алкоксикарбонильной группой, имеющей от 2 до 5 атомов углерода или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, и X и X' являются одинаковыми или различными, и каждый является сопряженным основанием кислоты Broensted упомянутый выше). Например, существуют


и

Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фтордисульфонимидные соединения, представленные следующей формулой (VI):

(где Rd и Re являются одинаковыми или различными, и каждый является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группой, имеющей от 6 до 16 атомов углерода, или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, Rd и Re могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома или объединены так, чтобы быть ароматической кольцевой структурой, имеющую от 6 до 10 атомов углерода или сформированы так, что атом галогена, нитро, циано, ациальная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода, или алкильная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода замещают вышеуказанную ароматическую кольцевую структуру). Например, существуют










Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторамидные соединения, представленные следующей формулой (VII):

(где Rf и Rg являются одинаковыми или различными, и каждый является атомом водорода, атомом галогена, аминогруппой или замещенной аминогруппой вышеуказанной аминогруппы, замещенной с помощью алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода, или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, или арильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, Rf и Rg могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома). Например, существуют CH3NFCHO, C2H5NFCHO, CH3CONFCH3, C2H5NHCONF2, H2NCONF2,





Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторкарбаматные соединения, представленные следующей формулой (VIII):

(где Rh и Ri являются одинаковыми или различными, и каждый является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена, или арильной группой, имеющей от 6 до 16 атомов углерода, или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода. Ri может быть атомом водорода, и Rh и Ri могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома. Или Rh и Ri соединены так, чтобы быть ароматической кольцевой структурой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или сформированной так, что атом галогена, нитро, циано, ацильная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода, или алкильная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода, замещает вышеуказанную ароматическую кольцевую структуру). Например, существуют CH3OCONFH, C2H5OCONFH, CH3OCONFCH3,


и

Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторпиридоновые соединения, представленные следующей формулой (IX):

(где группы Rj-Rm являются теми же самыми, что и группы, определенные как R1-R5 в формуле (I). Например, существуют



Также в качестве соединений, имеющих N-F связь, могут быть использованы

и

Материалы для производства электрической энергии согласно изобретению могут быть использованы в форме порошка или пленки.

Материалы для выработки электрической энергии, предусмотренные изобретением, пригодны к использованию преимущественно как активные материалы для положительных электродов батарей и/или электроплиты, как рассмотрено выше. При использовании в качестве активных материалов для положительных электродов соединения, имеющие вышеупомянутую N-F-связь, обеспечивают различные электродвижущие силы из-за разнообразия молекулярных весов и структур. Как правило, электродвижущая сила связана с дефицитом электрона в N-F-связи или с электрическими характеристиками заместителя, подлежащего связыванию с атомом азота или N-F-группы, особенно акцепторными и донорными характеристиками по отношению к электрону. Если соединение, имеющее N-F-связь, является соединением N-фторпиридинин, электродвижущая сила зависит от электрических характеристик заместителей на пиридиновом кольце и количества заместителей. Поэтому можно получить необходимую электродвижущую силу путем выбора вида, комбинации и количества заместителей. Если материалы в соответствии с изобретением используются в качестве активных материалов для положительных электродов вместе с различными материалами для отрицательных электродов, то может быть получена электродвижущая сила в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 4,5 В. В случае соединения N-фторпиридиния, когда требуется электродвижущая сила, превышающая 3 В, пиридиновое кольцо может иметь заместители из акцепторных групп. В качестве предпочтительных акцепторных групп имеются, например, атом галогена, такой как атом фтора, атом хлора или атом брома, нитро, тригалометильная группа, циано, ацильная группа и алкоксикарбонильная группа. Если требуется электродвижущая сила, обеспечивающая взаимозаменяемость с 1,5 В и 2 В батареями, пиридиновое кольцо может иметь заместители, например, из донорных групп. Как предпочтительная донорная группа имеется, например, алкильная группа, такая как метильная или этильная; алкоксигруппа, такая как метокси или этокси; арилоксигруппа, такая как фенокси или толилокси и подобные.

Многие из соединений, имеющих N-F-связь, согласно изобретению имеют температуру плавления не меньше, чем приблизительно 100oC, как отмечалось выше, и поэтому могут использоваться в качестве активных материалов для положительных электродов и/или твердых электролитов, которые могут использоваться при высокой температуре. При использовании в качестве активных материалов для положительных электродов соединения реагируют с литием, цинком и магнием, используемыми в качестве материалов отрицательных электродов, и образуется на границе между ними защитная пленка, содержащая фториды металлов.

При наличии такой пленки батареи могут стабильно храниться в течение длительного периода времени без короткого замыкания и также почти без какой-либо саморазведки. Сепаратор не является необходимым. Кроме того, когда происходит электрохимическая реакция соединений, предусмотренных изобретением, с активными материалами (металл) отрицательных электродов, ионы металлов диффундируют в соединения, соответствующие изобретению, формируя соединение металла, имеющее ионную проводимость. Таким образом, даже если вышеупомянутая реакция происходит почти полностью, ионная проводимость может поддерживаться. При использовании в качестве твердых электролитов предпочтительными являются соединения, имеющие низкое внутреннее сопротивление. Другими словами, в качестве соединений, дающих высокую ионную проводимость, для X- части структуры соли особенно предпочтительными являются, например, трифторметансульфонат, тетрафторборат, гексафторантимонат, гексафторарсенат, тетракис[бис(трифторметил)фенил] боратперхлорат и гексафторфосфат.

Ниже поясняется предпочтительная структура батареи, использующей соединение, имеющее N-F-связь согласно изобретению, хотя изобретение не ограничено таким использованием.

(1) Соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, используются только в качестве активных материалов для положительных электродов для батареи, использующей электролитный раствор.

Приготовление положительного электрода
В случае, когда соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, имеют порошкообразную форму, им придают желательную форму путем прессования или подобным способом или, если необходимо, смешивают, например, со связующим и электропроводным веществом и им придают желательную форму вместе с коллектором тока путем прессования. В качестве связующего предпочтительно используются, например, обычные связующие типа поли(тетрафторэтиленового)порошка, карбоксиметилцеллюлозы и поливинилового спирта, в качестве электропроводного вещества предпочтительно используются, например, порошок никеля, тонкое металлическое волокно и углерод, такой как графит и ацетиленовая сажа, в качестве коллектора тока предпочтительно используют графит, сетку, штампованный металл (вспененные металлы), сеть из металлических волокон и т.п. из платины, золота, никеля, нержавеющей стали, железа, меди и т.п.

Когда соединения, имеющие N-F-связь, являются формуемыми в пленкоподобный материал, подобно случаю содержания полимера, имеющего высокий молекулярный вес, или, когда соединения становятся формуемыми в пленкоподобный материал вместе с пленкоформирующим веществом, они преобразуются в пленку сами по себе или, если необходимо, будучи смешаны со связующим и с электропроводным веществом или с добавками, упоминаемыми в дальнейшем для получения пленкоподобного материала, из которого затем изготавливают положительный электрод при использовании в комбинации с коллектором тока. В качестве пленкоформирующего вещества предпочтительными являются, например, полимерные материалы типа полиэтиленоксид, полиэтилен, политетрафторэтилен, поливинлацетат, полиакрилнитрил и полиметилакрилат или желатин.

Также соединения могут использоваться в форме смеси с другими известными активными материалами для положительных электродов.

Электролит
В качестве электролита может использоваться любой обычный электролит, независимо от того, жидкий он или твердый. В качестве предпочтительного жидкого электролита могут быть использованы, например, этилен карбонат, пропилен карбонат, сульфолан, - бутиролактон, 1,3-диоксолан, 2-метилтетрагидрофуран, диэтилэфир, тетрагидрофуран, диметоксиэтан и ацетонитрил, в которых растворяют литий перхлорат, тетрабутиламмоний перхлорат, литий трифторметансульфонат, литий тетрафторборат, литий гексафторфантимонат, литий гексафторарсенат, литий гексафторфосфат, литий тетрахлоралюминий, цинк хлорид, цинк фторид, магний хлорид, магний фторид, аммоний фторид, аммоний хлорид, натрий перхлорат или им подобные, и такими твердыми электролитами являются, например, литий трифторметансульфонат, литий тетрафторборат, литий гексафторантимонат, литий гексафторарсенат, литий гексафторфосфат, литий перхлорат, магний трифторметансульфонат, цинк тетрафторборат, PbSnF4, LaF3, Pb0,9Sn0,9Zr0,2F4,4, литий трифторметансульфонат/полиэтиленоксид, литий перхлорат/полипропиленоксид.

Отрицательный электрод
В качестве материала отрицательного электрода может использоваться, например, литий, алюминий, цинк, литиевый сплав, магний и медь, которые используются традиционно.

Сепаратор
Если используется сепаратор как таковой, то применимы, например, обычная ткань, нетканый материал и подобные из полиамида, полипропилена или другие обычно используемые материалы.

Вышеупомянутые элементы могут быть собраны в батарею обычным способом.

(2) Соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретение, используются только для твердого электролита.

Электролит
Различные формы твердого электролита могут быть получены тем же самым способом, как при изготовлении положительного электрода в вышеупомянутом (1) случае, за исключением того, что электропроводное вещество не смешивают и коллектор тока не используют.

Положительный электрод
Для положительного электрода могут использоваться обычные активные материалы, например оксиды, такие как MnO2, Ag2CrO4, SO2, AgO, PbO2, NiOOH, CuO2 и V2O5, простые вещества, типа Cl2 и Br2, и галогениды, типа SOCl2 и SO2Cl2. Положительные электроды выполняются обычным способом.

Отрицательные электроды
Такие же, как и (1), упоминаемом выше.

Сепаратор
Сепаратор преимущественно не является необходимым. Если прочность формованных соединений, имеющих N-F связь согласно изобретению, не достаточна или если существует опасение относительно стабильности при долгосрочном использовании, может использоваться сепаратор, упомянутый в (1).

Батарея может быть собрана обычным способом путем использования вышеупомянутого положительного электрода, отрицательного электрода и твердого электролита, а также сепаратора, если это необходимо.

(3) Соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, используются для положительного электрода, который используется и как активный материал для положительного электрода, и как электролит.

Приготовление положительного электрода, используемого и как активный материал для положительного электрода, и как электролит
Если используются те же самые соединения, имеющие N-F- связь согласно изобретению, положительный электрод может быть сделан в соответствии со способом, рассмотренным в вышеупомянутом случае (1). В этом случае из-за комбинированного использования в качестве активного материала для положительного электрода и электролита, должно быть уделено внимание тому, чтобы не вызвать короткое замыкание в случае использования электропроводного вещества. В случае, если используются различные соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, положительные электроды могут быть сделаны способом (1) или (2), упоминаемыми выше.

Отрицательный электрод
Тот же самый, как в случае (1), упоминаемом выше.

Сепаратор
Поскольку на границе между электролитом и отрицательным электродом представленного изобретения не возникают условия короткого замыкания, ввиду формирования защитной пленки, как упоминалось выше, сепаратор преимущественно не является необходимым. В случае необходимости может использоваться сепаратор, упоминаемый в (1).

Батарея может быть собрана способом, который упоминается в (2), если различные виды соединений, имеющие N-F-связь согласно изобретению, используются в качестве электролита. Если соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, используются для положительного электрода и служат и как активный материал для положительных электродов, и как электролит, батарея может быть собрана обычным способом с положительным электродом, приводимым в контакт непосредственно с отрицательным электродом, и при необходимости с использованием сепаратора.

В случаях (2) и (3), рассмотренных выше, поскольку батарея может быть полностью твердотельной, имеются много случаев, когда она может использоваться даже при температуре, например, до 100oC, без утечки.

Батарея, имеющая низкое внутреннее сопротивление, может быть также получена путем объединения от 1 до 60 вес.%, предпочтительно от 1 до 50 вес.%, более предпочтительно от 2 до 40 вес.% одного или более полярных соединений, в соединение, имеющее N-F-связи. В качестве полярных соединений, пригодных к употреблению в качестве поддерживающих характеристики полностью твердотельной батареи, в случаях, когда добавленные количества полярного соединения являются малыми, или их температура плавления превышает нормальную температуру, могут использоваться, например, полярные органические соединения, такие как диметил сульфон, диметилкарбонат, дифенил сульфон, метилфенил сульфон, 1,3-диоксолан, - бутиролактон, сульфолан, этилен карбонат, пропилен карбонат, тетраэтиленгликольдиметилэфир, триэтиленгликольдиметилэфир, диэтиленгликольдиметилэфир, диметоксиэтан, этиленгликоль, этанол, метанол, вода, диэтилэфир, тетрагидрофуран, 2-метилтетрагидрофуран, нитрометан, нитроэтан, нитробензол, динитробензол, ацетонитрил, пропионитрил, и бензонитрил, и полярные неорганические соединения, такие как литий трифторметансульфонат, литий тетрафторборат, литий гексафторфосфат, литий гексафторарсенат, литий гексафторантимонат, литий перхлорат, натрий перхлорат, калий перхлорат, аммоний трифторметансульфонат, аммоний тетрафторборат, аммоний хлорид, натрий трифторметансульфонат, калий трифторметансульфонат, цинк трифторметансульфонат, цинк тетрафторборат, магний трифторметансульфонат и магний тетрафторборат.

Соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, как упоминалось выше, являются пригодными к использованию в качестве материалов для первичных элементов и, как ожидается, могут использоваться, например, в качестве материалов для батарей, типа батарей для накопления энергии, и в качестве материалов электродов и пленочных материалов для других электрохимических датчиков, химических датчиков и т.п.

В случае использования для батарей возможно производство батарей, обеспечивающих простоту обращения и приемлемость для окружающей среды из соединений, имеющих N-F-связь. Путем отбора различных видов соединений, имеющих N-F-связь, могут быть обеспечены высокая электродвижущая сила, высокая плотность энергии, широкий диапозон рабочих температур и длительный срок службы. Путем дальнейшего отбора соединений, имеющих N-F-связь, могут быть получены более высокая электродвижущая сила или необходимая величина электродвижущей силы и могут быть изготовлены батареи в соответствии с необходимым применением. Поэтому может ожидаться множество применений батарей только путем замены вида соединений, имеющих N-F-связь согласно изобретению, без модификации упаковок и тому подобного. В случае батарей, использующих соединения, имеющие N-F-связь, как в качестве активного материала для положительного электрода, так и электролита, структура батарей становится простой, и становится возможным сокращение габаритов и веса. Также батареи можно сделать более тонкими за счет интеграции отдельных конструктивных элементов.

Соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, более подобно рассмотрены ниже на примерах, иллюстрирующих изобретение без каких-либо ограничений.

Примеры 1 - 6.

Окислительные потенциалы N-пиридиниевых соединений, представленные в таблице 1, измеряют в помощью циклической вольтамперметрии, используя батарею, показанную в фиг. 1, способом, упоминаемым ниже.

Рабочий электрод и измерительный электрод являются платиновыми, а опорный электрод серебряным. Батарею заливают 20 мл растворителя (2 мл для стандартного электрода). Ацетонитрил в качестве растворителя используют после смешивания с гидроксидом кальция в течение 2 дней с последующим обратным оттоком и отгонкой. Используемые нитрат серебра и N-фторпиридиний предварительно подвергают дегидратации истощением перед использованием. Для стандартного электрода раствор ацетонитрила содержит М нитрата серебра, концентрация N-фторпиридиниевых соединений составляет 10 мМ, чтобы предотвратить понижение напряжения, и концентрация литий трифторметансульфоната составляет 0,1 М.

Литий трифторметансульфонат, используемый как наполнительный электролит, из-за его высоких гигроскопическких свойств подвергают нагреванию для удаления воздуха после взвешивания. Кроме того, при использовании безводного тетрагидрофурана проводят удаление воды из-за возможной гидратации литий трифторметансульфоната. Так как электрический потенциал реакции с водой близок к восстановительному потенциалу N-фторпиридиниевых соединений, дегидратацию проводят тщательно. Платиновый электрод полируют наждачной бумагой, промывают царской водкой, а затем прополаскивают водой перед использованием. Серебряный электрод после полирования наждачной бумагой промывают смесью метанола и азотной кислоты (9:1) и прополаскивают водой. Все батареи сушат в атмосфере аргона при нагревании с помощью горячего воздушного нагревателя. Для уплотнения стеклянных частей используется замазка, и работу по сборке батареи выполняют в атмосфере аргона в защитной камере (перчаточном боксе). Также перед измерением выполняют барботирование внутри батареи, которую подвергают изменению, в течение не менее чем 30 минут. Полученные значения Eп (пикового потенциала) представлены в таблице 3. Значения представлены относительно насыщенного каломельного электрода (НКЭ).

Как видно из таблицы 3, N-фторпиридиниевое соединение, которое замещается донорной группой, подобной метилу, имеет низкую электродвижущую силу, в то время как N-пиридиниевое соединение, которое замещается акцепторной группой, подобной атому хлора, дает высокую электродвижущую силу. Кроме того, электродвижущая сила может быть изменена в большой степени путем изменения позиции, количества и вида этих заместитетлей.

Примеры 7-10.

(Изготовление батареи, использующей соединения, имеющие N-F связь - номер 1)
Используя N-фторпиридинийтрифторметансульфонат, представленный следующей формулой:

в качестве электродного материала как для активного материала для положительного электрода, так и для твердого электролита, полностью твердую батарею собирают следующим образом. Все эксперименты проделывают при комнатной температуре.

Пятьдесят мг N-фторпиридинийтрифторметансульфоната отверждают путем ручного прессования в форме диска 7 мм диаметром и 2 мм толщиной и, как показано на фиг. 2, помещают между платиновым электродом и отрицательным электродом, представленным в таблице 4. Таким образом, получают полностью твердую батарею и измеряют напряжение разомкнутой цепи с помощью вольтметра. Измерения проделывают в естественной атмосфере в случае примеров 7-9 и в атмосфере аргона, в случае примера 10. Результаты показаны в таблице 4.

Фиг. 3 показывает изменение напряжения разомкнутой цепи в примере 8 с использованием цинка для отрицательного электрода.

Как следует из таблицы 4, электродвижущая сила может быть изменена также путем выбора материала отрицательного электрода. Также из фиг. 3 видно, что начальное напряжение разомкнутой цепи является стабильным и батареи, выполненные полностью твердыми, могут храниться в течение длительного периода времени.

Примеры 11-16.

Напряжения разомкнутой цепи измеряют тем же самым способом, как в примере 8, за исключением того, что в примере 8 использовались N-фторпиридиниевые соединения, представленные в таблице 3, N-фторпиридинийтрифторметансульфоната.

Результаты показаны в таблице 5.

Пример 17.

Батарею (использующую N-фторпиридинийфторметансульфонат) примера 8, которую получают используя цинк для отрицательного электрода, включают в замкнутую цепь с выключателем, показанным на фиг. 2, и измеряют напряжения через 1 секунду после подключения различных нагрузок, как показано в таблице 6. Результаты даны в таблице 6.

Из таблицы 6 ясно, что N-фторпиридиниевые соединения, соответствующие изобретению, являются полезными в качестве нового материала для реального производства электрической энергии.

Примеры 18-170.

(Изготовление батарей, использующих соединения, имеющие N-F-связь - номер 2)
Приблизительно 120 мг соединений, имеющих N-F-связь, показанных в таблице 5, полностью измельчают в ступке, или приблизительно 120 мг соединений, имеющих N-F-связь, полностью смешивают с добавками в ступке в данном соотношении к весу соединений, имеющих N-F-связь, как показано в таблице 7, и распределяют аккуратно по металлической пластине 1 см и 1 см, такой как платиновая пластина и золотая пластина, которая будет коллектором тока со стороны положительного электрода. В противоположной стороне прижимают лист фтористой смолы и выдерживают прижатой в течение 10 минут при давлении (т/см3), показанном в таблице, с помощью пресса. Таким образом, может быть сформировано твердое формованное изделие, содержащее соединения, имеющие N-F-связь, и толщина которого составляет приблизительно 100 мкм. Затем лист фтористой смолы удаляют и заменяют пластинкой из металла, типа цинка, магния или лития, который становится активным материалом для отрицательного электрода для измерения напряжения разомкнутой цепи и внутреннего сопротивления. Все прессование выполняют в естественной атмосфере. Сборку батареи и измерения выполняют в естественной атмосфере, если отрицательным электродом является цинк или магний, и в атмосфере аргона, если отрицательным электродом является литий. В случае N-фтор-3,5-дихлорпиридиний трифторметансульфоната, N-фтор-3,5-дихлорпиридиний тетрафторбората, N-фтор-2,6-дихлорпиридиний трифторметансульфоната, N-фтор-2,6-дихлорпиридиний тетрафторбората, N-фтор-2,3,4,5-6-пентахлорпиридиний трифторметансульфоната и N-фтор-2,3,4-5,6-пентахлорпиридиний тетрафторбората, сборку батареи и измерения выполняют в атмосфере аргона независимо от вида металла отрицательного электрода.

На фиг. 4 показан общий вид изготовленных батарей. Также измеряют напряжения разомкнутой цепи этих батарей, а затем тем же самым прибором, как на фиг. 2, измеряют напряжения разомкнутой цепи и напряжения батареи при внешней нагрузке от 1 М до 10 k для вычисления внутреннего сопротивления. Напряжение батареи, когда приложено внешнее сопротивление, измеряется, когда оно становится постоянной величиной или почти постоянной величиной (когда оно становится стабильным, с разбросом приблизительно 0,01 В). Результаты показаны в таблице 7.

N-фторпиридинийпиридин гептафтордиборат, который является соединением, имеющим N-F-связь, и используется в примерах 149-154, был приобретен у компании Allied Signal Inc.

Соединение поли(2-винил-N-фторпиридиний трифторметансульфонат), имеющее N-F-связь, которое используется в примерах 165-170, синтезируют, используя поли(2-винилпиридин), имеющий средний молекулярный вес 200000. Используемый способ синтеза является тем же, что и для N-фторпиридиний трифторметансульфоната (cf. Bull. Chem. Soc. Ipn., 64, 1081 (1991)). Полученный поли(2-винил-N-фторпиридиний трифторметансульфонат) содержит приблизительно 15 вес.% 2-винил-N-гидропиридиний трифторметансульфонатных единиц:

это не является желаемым соединением, как показывает анализ 19F- и 1H-ЯМР спектров.

Примеры 171-188.

(Изготовление батарей, использующих соединения, имеющие N-F-связь - номер 3)
Этот способ состоит в том, чтобы произвести пленкоподобные батареи, используя полимеризованные соединения, имеющие N-F-связь.

В представленных экспериментах используются те же самые соединения, имеющие N-F-связь, как те, что в примерах 165-170. Соединения, имеющие N-F связь, растворяют в безводном ацетонитриле, 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропаноле или в их смеси. В случае добавок, показанных в таблице 8, их добавляют в вышеупомянутый раствор в данном соотношении. Полученный таким образом раствор распределяют на платиновой пластине и затем полностью высушивают при 100oC в течение одного часа в естественной атмосфере. Отношение добавок, содержащихся в полученной пленке, показано в таблице 8. После изменения толщины завершенной пленки пластинку 1 см х 1 см из цинка или магния для отрицательного электрода кладут на пленку и измеряют напряжение разомкнутой цепи и внутреннее сопротивление тем же способом, как в примерах 18-170. Сборка и измерение батарей проводится в естественной атмосфере. Фиг.5 представляет собой общий вид полученных батарей. Результаты показаны в таблице 8.

Пример 189.

(Изготовление батарей с использованием соединений, имеющих связь N-F - номер 4)
Настоящий способ является способом производства толстых батарей. На воздухе, как показано в таблице 9, смешивают добавки в ступке, в количестве, достаточном для заданного соотношения, с 1,5 г соединений, имеющих связь N-F.

Оборудование для таблетирования, прессового типа, из нержавеющей стали, которое подсоединено к вакуумному насосу, загружают полученной смесью и затем проводят прессование в течение 10 минут при давлении /в тоннах на см2/, указанном в таблице 9, прессом при отсосе, создаваемом вакуумным насосом. Таким образом получают таблетки толщиной 6,25 мм и диаметром 13 мм. Таблетку помещают между коллектором тока и отрицательным электродом, которые указаны в таблице 9, и собирают батарею, как показано на фиг.2. Замеряют напряжение разомкнутой цепи и получают внутреннее сопротивление так же, как в примерах с 18 по 170. Сбоку батареи и изменение осуществляют в атмосфере аргона. Результаты проводятся в таблице 9.

Примеры 190-205
(Изготовление батарей, использующих соединения, имеющие N-F-связь - номер 5)
Батареи изготавливают тем же самым способом, как в примерах 18-170, за исключением того, что используют приблизительно 200 мг соединений, имеющих N-F-связь, и платиновую пластинку 2 см х 2 см используют в качестве коллектора тока со стороны положительного электрода. Только в случае примера 194 используют приблизительно 100 мг соединения, имеющего N-F-связь.

В способе производства электроэнергии, соответствующем изобретению, используют соединения, имеющие N-F-связь, которые обеспечивают простоту обращения и безвредность по отношению к окружающей среде. Должным образом выбирая соединения, имеющие N-F-связь, можно получить высокую электродвижущую силу или требуемую величину электродвижущей силы. Кроме того, батареи имеют высокую плотность энергии, широкий диапазон рабочих температур и долгий срок службы.

Также в случае, когда вышеупомянутое соединение, имеющее высокую температуру плавления, используется как материал для положительного электрода батареи, и положительный электрод сконструирован так, чтобы контактировать непосредственно с отрицательным электродом, можно обеспечить хорошие массовогабаритные характеристики и одновременно простоту конструкции.

Новый способ производства электрической энергии, устройство для этого и соединение, имеющее N-F-связь, для производства электрической энергии, соответствующие изобретению, обеспечивают простоту обращения и приемлемость для окружающей среды, обеспечивают достижение высокой электродвижущейся силы и требуемого направления и могут использоваться для жидкой электролитной батареи и батареи бумажного типа.


Формула изобретения

1. Способ производства электрической энергии, при котором используют электрохимическую реакцию между соединением, принимающим электроны, и соединением, отдающим электроны, отличающийся тем, что в качестве соединения, принимающего электроны, используют соединения, имеющие N-F-связь.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение, имеющее N-F-связь, приводят в контакт непосредственно с соединением, отдающим электроны.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в соединение, имеющее N-F-связь, добавляют полярные соединения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрохимическую реакцию между соединением, имеющим N-F-связь, и соединением, отдающим электроны, выполняют с помощью батареи.

5. Устройство для производства электрической энергии для подачи ее к изделию, использующему энергию, содержащее соединение, принимающее электроны, и соединение, отдающее электроны при осуществлении электрохимической реакции между упомянутыми соединениями, отличающееся тем, что в качестве соединения, принимающего электроны, использовано соединение, имеющее N-F-связь, причем электрохимическая реакция осуществляется при совместном использовании соединения, имеющего N-F-связь, и соединения, отдающего электроны.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что соединение, имеющее N-F-связь, и соединение, отдающее электроны, находятся в непосредственном контакте друг с другом.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в соединение, имеющее N-F-связь, добавлены полярные соединения.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно выполнено в виде батареи, содержащей положительный, отрицательный электроды и электролит.

9. Соединение для производства электрической энергии, отличающееся тем, что содержит соединение, имеющее N-F-связь, для выработки электрической энергии посредством электрохимической реакции, вызванной получением электронов от соединения, отдающего электроны.

10. Соединение по п.9, отличающееся тем, что соединение, имеющее N-F-связь, содержит по меньшей мере атом азота, атом углерода и атом фтора.

11. Соединение по п.9, отличающийся тем, что соединение, имеющее N-F-связь, содержит по меньшей мере атом азота, атом углерода и атом фтора и имеет ионную связь.

12. Соединение по п.9, отличающееся тем, что соединение, имеющее N-F-связь, содержит атом азота, атом углерода, атом фтора и один или более атомов, отличных от них.

13. Соединение по п. 12, отличающееся тем, что в качестве одного или более атомов, отличных от атомов азота, атома углерода и атома фтора, использованы атомы веществ, выбранных из группы, состоящей из H, B, O, Al, Si, P, S, Cl, As, Br, Sb или I.

14. Соединение по п.9, отличающееся тем, что в соединение, имеющее N-F-связь, добавлены полярные соединения.

15. Батарея с жидким электролитом, содержащая положительный электрод, который включает активный материал для положительного электрода, отрицательный электрод и раствор электролита, отличающаяся тем, что в качестве активного материала для положительного электрода выбрано соединение, имеющее N-F-связь.

16. Батарея по п.15, отличающаяся тем, что в соединение, имеющее N-F-связь, являющееся активным материалом для положительного электрода, добавлены электропроводные материалы.

17. Батарея по п.15, отличающаяся тем, что в соединение, имеющее N-F-связь, добавлены полярные соединения.

18. Тонкая батарея, содержащая отрицательный электрод с активным материалом и с коллектором тока и положительный электрод с активным материалом и с коллектором тока, отличающаяся тем, что в качестве активного материала для положительного электрода выбрано соединение, имеющее N-F-связь, расположенное в форме пленки между отрицательным электродом и коллектором тока для положительного электрода.

19. Батарея по п.18, отличающаяся тем, что содержит трехслойную структуру, состоящую из коллектора тока для положительного электрода, активного материала в форме пленки для положительного электрода и отрицательного электрода.

20. Батарея по п.18, отличающаяся тем, что в ней положительный электрод выполнен путем покрытия упомянутого коллектора тока для положительного электрода соединением, имеющим N-F-связь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55, Рисунок 56, Рисунок 57, Рисунок 58, Рисунок 59, Рисунок 60, Рисунок 61, Рисунок 62



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве литий-фторидных химических источников тока (ХИТ)

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано в качестве автономного источника для питания счетно-решающих устройств, часов, элементов памяти и т.д
Изобретение относится к области технической электрохимии, а точнее к созданию полимерных композиций, используемых в качестве твердых электролитов для химических источников тока

Изобретение относится к области твердотельных полимерных ионных проводников, а именно к литий-проводящим полимерным электролитам, который может быть использован в литиевых перезаряжаемых батареях, электрохимических устройствах и сенсорах

Изобретение относится к материалам с высокой ионной проводимостью, расширяет группу перспективных твердых электролитов с фторионной проводимостью, которые могут быть использованы для изготовления источников тока, а также электрохимических мембран для химических сенсоров фторсодержащих соединений в газовой фазе, с применением в химической и электрохимической промышленности, в ядерной энергетике и в экологических контрольных системах

Ионистор // 2012105
Изобретение относится к элементной базе микроэлектроники, в частности к твердотельным конденсаторам с двойным электрическим слоем - ионистором, и может быть использовано в интегральных схемах

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердооксидным электролитом
Изобретение относится к литиевым источником тока

Изобретение относится к способу производства электрической энергии, к устройству для осуществления способа, к соединению, имеющему N-F-связь и производящему электрическую энергию, и к батарее, использующей соединение, обеспечивает решение задачи производства электрической энергии путем использования материалов в качестве активного материала для батареи, электролита и т.п., которые удобны в обращении и являются приемлемыми с точки зрения охраны окружающей среды

Наверх