Физико-химические свойства растворов бис-(трифторметансульфонил)имида лития в сульфолане

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучены физико-химические свойства (электропроводность, вязкость и плотность в температурном диапазоне 30–50 °С), электрохимическая и термическая устойчивости растворов бис-(трифторметансульфонил)имида лития в сульфолане в диапазоне концентраций от 0.001 до 1.89 М. Показано, что растворы бис-(трифторметансульфонил)имида лития в сульфолане обладают высокой электрохимической устойчивостью (5.75 В отн. Li/Li+) и умеренной электропроводностью (2.75×10‒3 Ом‒1·см‒1 при 30 °С для 1 М раствора), соизмеримыми с сульфолановыми растворами гексафторфосфата лития.

Строение и транспортные свойства сульфолановых растворов бис-(трифторметансульфонил)имида лития определяются их концентрацией. В разбавленных растворах бис-(трифторметансульфонил)имид лития слабо ассоциирован. По мере увеличения концентрации степень электролитической диссоциации LiN(SO2CF3)2 первоначально уменьшается, а затем возрастает. Увеличение степени электролитической диссоциации бис-(трифторметансульфонил)имида лития с ростом концентрации объяснено образованием ионных тройников и более сложных ионных ассоциатов. С увеличением температуры константа ассоциации и предельная эквивалентная электропроводность LiN(SO2CF3)2 в сульфолане возрастают вследствие снижения степени самоассоциации и разрушения структуры растворителя.

Особенностью сульфолановых растворов бис-(трифторметансульфонил)имида лития является склонность к образованию устойчивых переохлажденных растворов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. В. Шеина

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sheina.l.v@gmail.com

Уфимский Институт химии

Россия, Уфа

Е. В. Карасева

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН

Email: sheina.l.v@gmail.com

Уфимский Институт химии

Россия, Уфа

В. С. Колосницын

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН

Email: sheina.l.v@gmail.com

Уфимский Институт химии

Россия, Уфа

Список литературы

  1. Younesi R., Veith G.M., Johansson P. et al. // Energy Environ. Sci. 2015. V. 8. Р. 1905. https://doi.org/10.1039/C5EE01215E
  2. Бушкова О.В., Ярославцева Т.В., Добровольский Ю.А. // Электрохимия. 2017. Т. 53. № 7. C. 763. [Bushkova O.V., Yaroslavtseva T.V., Dobrovolsky Y.A. // Russ. J. Electrochem. 2017. V. 53. № 7. P. 677. https://doi.org/10.7868/S0424857017070015]
  3. Flamme B., Garcia G.R., Weil M. et al. // Green Chem. 2017. V. 19. P. 1828. https://doi.org/10.1039/C7GC00252A
  4. Xu K. // Chemical Reviews. 2004. V. 104. № 10. P. 4303. https://doi.org/10.1021/cr030203g
  5. Zhang H., Han H., Cheng X. et al. // J. Power Sources. 2015. V. 296. P. 142. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.07.026
  6. Krause L.J., Lamanna W., Summerfield J. et al. // J. Power Sources. 1997. V. 68. P. 320. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(97)02517-2
  7. Abouimrane A., Ding J., Davidson I.J. // J. Power Sources. 2009. V. 189. P. 693. http://doi: 10.1016/ j.jpowsour.2008.08.077
  8. Yoon S., Lee Y.-H., Shin K.-H., Cho S.B., Chung W.J. // Electrochim. Acta. 2014. V. 145. P. 170. http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2014.09.007
  9. Shigenobu K., Sudoh T., Tabuchi M. et al. // J. Non-Cryst. Solids: X. 2021. V. 11–12. 100071. https://doi.org/10.1016/j.nocx.2021.100071
  10. Reddy V.P., Smart M.C., Chin K.B. et al. // Electrochem. Solid-State Lett. 2005. V. 8. № 6. A294. doi: 10.1149/1.1904466
  11. Han H.-B., Zhou S.-S., Zhang D.-J. et al. // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 3623. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.12.040
  12. Dahbi M., Ghamouss F., Tran-Van F. et al. // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 9743. DOI: 10.1016/ j.jpowsour.2011.07.071
  13. Seo D.M., Borodin O., Balogh D. et al. // J. Electrochem. Soc. 2013. V. 160. № 8. A1061. doi: 10.1149/2.018308jes
  14. Horwitz G., Rodriguez C., Factorovich M., Corti H.R. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 12081. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b00864
  15. Shigenobu K., Dokko K., Watanabe M., Ueno K. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 15214. doi: 10.1039/d0cp02181d
  16. Maeyoshi Y., Ding D., Kubota M. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 1. № 29. P. 25833. https://doi.org/10.1021/acsami.9b05257
  17. Wu F., Zhou H., Bai Y. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. V. 7. № 27. P. 15098. https://doi.org/10.1021/acsami.5b04477
  18. Flamme B., Światowska J., Haddad M. et al. // J. Electrochem. Soc. 2020. V. 167. 070508. DOI: 10.1149/ 1945-7111/ab63c3
  19. Wu W., Bai Y., Wang X., Wu C. // Chin. Chem. Lett. 2021. V. 32. P. 1309. https://doi.org/10.1016/ j.cclet.2020.10.009
  20. Su C.-C., He M., Amine R. et al. // Nano Energy. 2021. V. 83. 105843. https://doi.org/10.1016/ j.nanoen.2021.105843
  21. Xu K., Angell C.A. // J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149. № 7. A920. doi: 10.1149/1.1483866
  22. Xu K., Angell C.A. // J. Electrochem. Soc. 1998. V. 145. № 4. L70. doi: 10.1149/1.1838419
  23. Abouimrane A., Belharouak I., Amine K. // Electrochem. Commun. 2009. V. 11. P. 1073. doi: 10.1016/j.elecom.2009.03.020
  24. Flamme B., Haddad M., Phansavath P. et al. // Chem. ElectroChem. 2018. V. 5. P. 2279. doi: 10.1002/celc.201701343
  25. Hofmann А., Kaufmann C., Müller M., Hanemann T. // Int. J. Mol. Sci. 2015. V. 16. P. 20258. doi: 10.3390/ijms160920258
  26. Ugata Y., Tatara R., Mandai T. et al. // ACS Appl. Energy Mater. 2021. V. 4. P. 1851. https://dx.doi.org/10.1021/acsaem.0c02961
  27. Ugata Y., Shigenobu K., Tatara R. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. P. 21419. https://doi.org/10.1039/D1CP02946K
  28. Zhang T., Porcher W., Paillard E. // J. Power Sources. 2018. V. 395. P. 212. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.05.077
  29. Каюмов Р.Р., Шмыглева Л.В., Евщик Е.Ю. и др. // Электрохимия. 2021. T. 57. № 8. С. 507. doi: 10.31857/S0424857021060049 [Kayumov R.R., Shmygleva L.V., Evshchik E.Y. et al. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. № 8. P. 911. doi: 10.1134/S1023193521060045]
  30. Ock J.-Y., Fujishiro M., Ueno K. et al. // ACS Omega. 2021. V. 6. P. 16187. doi: 10.1021/acsomega.1c02161
  31. Hess S., Wohlfahrt-Mehrens M., Wachtler M. // J. Electrochem. Soc. 2015. V. 162. № 2. A3084. doi: 10.1149/2.0121502jes
  32. Ding M.S., Xu K., Jow T.R. // J. Therm. Anal. Calorim. 2000. V. 62. Р. 177. doi: 10.1023/A:1010175114578
  33. Rycerz L. // J. Therm. Anal. Calorim. 2013. V. 113. P. 231. doi: 10.1007/s10973-013-3097-0
  34. Резницких О.Г., Истомина А.С., Борисевич С.С. и др. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. № 6. С. 867. [Reznitskikh O.G., Istomina A.S., Borisevich S.S. et al. // Rus. J. of Phys. Chem. A. 2021. V. 95. № 6. P. 1121. doi: 10.1134/S0036024421060224].
  35. Шеина Л.В., Иванов А.Л., Карасева Е.В., Колосницын В.С. // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 12. С. 743. [Sheina L.V., Ivanov A.L., Karaseva E.V., Kolosnitsyn V.S. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. № 12. Р. 1138. doi: 10.1134/S1023193521120065].
  36. Фиалков Ю.Я., Житомирский А.Н., Тарасенко Ю.А. Физическая химия неводных растворов. Л.: Химия, 1973. 376 с.
  37. Monica M.D., Jannelli L., Lamanna U. // J. Phys. Chem. 1968. V. 72. № 3. Р. 1068. DOI: org/10.1021/j100849a050.
  38. Jannelli L., Lopez A., Jalenti R., Silvestri L. // J. Chem. Eng. Data. 1982. V. 27. Р. 28. doi: 10.1021/je00027a008.
  39. Doman´ska U., Moollan W.C. // J. Chem. Eng. Data. 1996. V. 41. P. 261. doi: 10.1021/je950236w.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительный материал к статье
Скачать (83KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Изотермы удельной электропроводности (а), динамической вязкости (б) и коррегированной электропроводности (в) растворов LiN(SO2CF3)2 в сульфолане. Температура указана в легендах.

Скачать (244KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Концентрационные зависимости энергий активации электропроводности, вязкого течения и трансмиссионных коэффициентов растворов LiN(SO2CF3)2 в сульфолане.

Скачать (78KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Концентрационные зависимости степени электролитической диссоциации (α) LiN(SO2CF3)2 в сульфолане при различных температурах. Температура указана в легенде.

Скачать (75KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Циклическая вольтамперограмма 1 М раствора LiN(SO2CF3)2 в сульфолане (30 °С) на Pt-электроде относительно Li/Li+. Скорость развертки потенциала 2 мВ/с.

Скачать (55KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Кривые потери массы (а) и тепловых эффектов (ДТА) (б) LiTFSI (тв.), сульфолана и 1 М раствора LiTFSI в сульфолане (СЛ). Скорость нагрева – 5 °С/мин.

Скачать (166KB)
Метаданные
8. Рис. 6. Термограммы ДСК сульфолана и растворов LiN(SO2CF3)2 в сульфолане.

Скачать (162KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024