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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.46.2014.tde-20012015-151228
Documento
Autor
Nome completo
Nedher Sanchez Ramirez
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2014
Orientador
Banca examinadora
Torresi, Roberto Manuel (Presidente)
Ando, Rômulo Augusto
Stradiotto, Nelson Ramos
Sumodjo, Paulo Teng An
Ticianelli, Edson Antonio
Título em português
Novos líquidos iônicos para aplicações como eletrólitos
Palavras-chave em português
Eletrólito
Fosfônio
Líquido iônico
Tetracianoborato
Resumo em português
Os líquidos iônicos (LIs) são eletrólitos promissores para uso em baterias de lítio e outros dispositivos eletroquímicos, devido às suas propriedades físico-químicas únicas como, por exemplo, ampla faixa de temperatura como liquido, boa condutividade, baixa pressão de vapor e estabilidade térmica, química e eletroquímica. Um LI é composto normalmente por um cátion orgânico e um ânion orgânico ou inorgânico. Neste trabalho, foram sintetizados novos líquidos tanto modificando o ânion como o cátion. Em ambos os casos procurou-se LIs com ótimas propriedades de transporte e que melhorassem a condutividade do lítio em relação condutividade total da mistura LI - sal de lítio. Em primeira instância, foram sintetizados e caracterizados os seguintes líquidos iônicos derivados do ânion [B(CN)4]-: [BMPYR][B(CN)4] (N-butil-N-metilpirrolidínio tetracianoborato), [BMP][B(CN)4] (N-nbutil- N-metilpiperidínio tetracianoborato) e [BMMI][B(CN)4] (1-n-butil-2,3-dimetilimidazólio tetracianoborato), sendo os dois primeiros são líquidos na temperatura ambiente. Quando comparados com os derivados de bis(trifluorometanosulfonil)imideto, [Tf2N]-, os líquidos iônicos derivados de tetracianoborato apresentam melhores valores de condutividade e viscosidade, sendo isto refletidos em um maior valor do parâmetro condutividade do lítio (σLi). Além disso, estes LI possuem maior estabilidade química e eletroquímica. Utilizou-se a técnica de espectroscopia Raman para estudar os líquidos [BMPYR][B(CN)4] e [BMP][B(CN)4] e suas misturas com sal de lítio (0,1 molL-1 de LiB(CN)4), demostrando-se que a interação entre o íon lítio e o ânion tetracianoborato é muito baixa, o que explica o altos valores do número de transporte e condutividade do lítio nestes sistemas. já através da Modificação do cátion, foram sintetizados cinco líquidos iônicos derivados de fosfônio, usando sempre o ânion [Tf2N]-. Entre eles são líquidos na temperatura unicamente os LIs [P2225][Tf2N] (Bis(trifluormetilsulfonil)imideto de trieltilpentilfosfônio) e [P222(201)][Tf2N] (Bis(trifluormetilsulfonil)imideto de trietil(2-metoxietil)fosfônio). Estes líquidos apresentaram excelentes propriedades de transporte e estabilidade eletroquímica quando comparados com seus equivalentes derivados de nitrogênio. Quando se adicionou o sal de lítio, LiTf2N, em concentrações de 1 e 2 molL-1 , os líquidos apresentaram um decréscimo das propriedades de transporte, embora demostrarem efeito menor em comparação com os líquidos iônicos derivados de nitrogênio, apresentando inclusive maiores valores nos números de transporte e de condutividade do lítio nas misturas estudadas.
Título em inglês
New ionic liquids for applications as electrolytes
Palavras-chave em inglês
Electrolyte
Ionic liquid
Phosphonium
Tetracyanoborate
Resumo em inglês
Ionic liquids (ILs), are of great interest nowadays as electrolytes for lithium ion batteries due their unique characteristics, which include: liquid state over a wide temperature range; nonvolatility, which assures thermal stability and nonflammability; high ion content, which results in high ionic conductivity; and excellent chemical and electrochemical stability. ILs consists of an organic cation and an inorganic or organic anion. In order to improve the transport properties, the cation and anion of the ionic liquid were changed. Three ionic liquids derived from the anion [B(CN)4]- were synthetized and chararacterized: [BMPYR][B(CN)4] (N-n-butyl-N-methylpyrrolidinium tetracyanoborate) [BMP][B(CN)4] (N-n-butyl-Nmethylpiperidinium tetracyanoborate) and [BMMI][B(CN)4] (1-n-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetracyanoborate). The first two are liquid at room temperature. When comparing these ionic liquid with the analogous ones containing the anion Tf2N, it was found that ILs derivates from tetracyanoborate have better transport properties which is reflected in a larger value of parameter conductivity of lithium (σLi). Moreover these ILs have higher chemical and electrochemical stability. The Raman spectroscopy was employed to study the BMPYRB(CN)4 and BMPB(CN)4 liquids and their mixtures with lithium salt (0.1 mol L-1 of LiB(CN)4); it was demonstrated that the interaction between the lithium ion and anion tetracyanoborate is very low, which explains the high values of conductivity and transport numbers of lithium in these systems. Furthermore five ionic liquids from the phosphonium cation was synthesized always using the anion [Tf2N]-; being liquid at room temperature only the ILs [P2225][Tf2N] (triethyln-pentylphosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide) and [P222(201)][Tf2N] (triethyl (2- methoxyethyl) phosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl imide) imide). It was found that these liquids have excellent transport properties and electrochemical stability when compared with their counterparts derived from nitrogen; furthermore, when lithium salt LiTf2N, was added at concentrations of 1 and 2 mol L-1, the ILs containing the phosphonium cations have also shown a decrease in the transport properties, however, the effect is less pronounced when compared to ionic liquids derived from nitrogen, presenting higher transport number and lithium ion conductivity.
 
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Data de Publicação
2015-02-09
 
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