Russian Journal of Physical Chemistry ARussian Journal of Physical Chemistry AЖурнал физической химии0044-45373034-5537The Russian Academy of Sciences66903010.31857/S0044453724030099QPNHGGPHYSICAL CHEMISTRY OF SOLUTIONSФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ РАСТВОРОВResearch ArticleФизико-химические свойства растворов бис-(трифторметансульфонил)имида лития в сульфоланеФизико-химические свойства растворов бис-(трифторметансульфонил)имида лития в сульфоланеШеинаЛ. В.
Russian Federation

Уфимский Институт химии

sheina.l.v@gmail.comКарасеваE. B.КарасеваЕ. В.
Russian Federation

Уфимский Институт химии

sheina.l.v@gmail.comКолосницынВ. С.
Russian Federation

Уфимский Институт химии

sheina.l.v@gmail.comУфимский федеральный исследовательский центр РАН09032024983818927022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0044-4537/article/view/669030

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.

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.

бис-(трифторметансульфонил)имид литиясульфоланэлектролитные растворылитиевые аккумуляторыПравительство РФGovernment of the Russian Federation122031400252-2Younesi R., Veith G.M., Johansson P. et al. // Energy Environ. Sci. 2015. V. 8. Р. 1905. https://doi.org/10.1039/C5EE01215EБушкова 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]Flamme B., Garcia G.R., Weil M. et al. // Green Chem. 2017. V. 19. P. 1828. https://doi.org/10.1039/C7GC00252AXu K. // Chemical Reviews. 2004. V. 104. № 10. P. 4303. https://doi.org/10.1021/cr030203gZhang H., Han H., Cheng X. et al. // J. Power Sources. 2015. V. 296. P. 142. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.07.026Krause L.J., Lamanna W., Summerfield J. et al. // J. Power Sources. 1997. V. 68. P. 320. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(97)02517-2Abouimrane A., Ding J., Davidson I.J. // J. Power Sources. 2009. V. 189. P. 693. http://doi:10.1016/ j.jpowsour.2008.08.077Yoon 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.2014.09.007Shigenobu K., Sudoh T., Tabuchi M. et al. // J. Non-Cryst. Solids: X. 2021. V. 11–12. 100071. https://doi.org/10.1016/j.nocx.2021.100071Reddy V.P., Smart M.C., Chin K.B. et al. // Electrochem. Solid-State Lett. 2005. V. 8. № 6. A294. doi:10.1149/1.1904466Han H.-B., Zhou S.-S., Zhang D.-J. et al. // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 3623. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2010.12.040Dahbi M., Ghamouss F., Tran-Van F. et al. // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 9743. DOI: 10.1016/ j.jpowsour.2011.07.071Seo D.M., Borodin O., Balogh D. et al. // J. Electrochem. Soc. 2013. V. 160. № 8. A1061. DOI: 10.1149/2.018308jesHorwitz G., Rodriguez C., Factorovich M., Corti H.R. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 12081. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b00864Shigenobu K., Dokko K., Watanabe M., Ueno K. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 15214. DOI: 10.1039/d0cp02181dMaeyoshi Y., Ding D., Kubota M. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 1. № 29. P. 25833. https://doi.org/10.1021/acsami.9b05257Wu F., Zhou H., Bai Y. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. V. 7. № 27. P. 15098. https://doi.org/10.1021/acsami.5b04477Flamme B., Światowska J., Haddad M. et al. // J. Electrochem. Soc. 2020. V. 167. 070508. DOI: 10.1149/ 1945-7111/ab63c3Wu W., Bai Y., Wang X., Wu C. // Chin. Chem. Lett. 2021. V. 32. P. 1309. https://doi.org/10.1016/ j.cclet.2020.10.009Su C.-C., He M., Amine R. et al. // Nano Energy. 2021. V. 83. 105843. https://doi.org/10.1016/ j.nanoen.2021.105843Xu K., Angell C.A. // J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149. № 7. A920. DOI: 10.1149/1.1483866Xu K., Angell C.A. // J. Electrochem. Soc. 1998. V. 145. № 4. L70. DOI: 10.1149/1.1838419Abouimrane A., Belharouak I., Amine K. // Electrochem. Commun. 2009. V. 11. P. 1073. DOI: 10.1016/j.elecom.2009.03.020Flamme B., Haddad M., Phansavath P. et al. // Chem. ElectroChem. 2018. V. 5. P. 2279. DOI: 10.1002/celc.201701343Hofmann А., Kaufmann C., Müller M., Hanemann T. // Int. J. Mol. Sci. 2015. V. 16. P. 20258. DOI:10.3390/ijms160920258Ugata Y., Tatara R., Mandai T. et al. // ACS Appl. Energy Mater. 2021. V. 4. P. 1851. https://dx.doi.org/10.1021/acsaem.0c02961Ugata Y., Shigenobu K., Tatara R. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. P. 21419. https://doi.org/10.1039/D1CP02946KZhang T., Porcher W., Paillard E. // J. Power Sources. 2018. V. 395. P. 212. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.05.077Каюмов 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]Ock J.-Y., Fujishiro M., Ueno K. et al. // ACS Omega. 2021. V. 6. P. 16187. DOI: 10.1021/acsomega.1c02161Hess S., Wohlfahrt-Mehrens M., Wachtler M. // J. Electrochem. Soc. 2015. V. 162. № 2. A3084. DOI: 10.1149/2.0121502jesDing M.S., Xu K., Jow T.R. // J. Therm. Anal. Calorim. 2000. V. 62. Р. 177. DOI: 10.1023/A:1010175114578Rycerz L. // J. Therm. Anal. Calorim. 2013. V. 113. P. 231. DOI: 10.1007/s10973-013-3097-0Резницких 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].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].Фиалков Ю.Я., Житомирский А.Н., Тарасенко Ю.А. Физическая химия неводных растворов. Л.: Химия, 1973. 376 с.Monica M.D., Jannelli L., Lamanna U. // J. Phys. Chem. 1968. V. 72. № 3. Р. 1068. DOI: org/10.1021/j100849a050.Jannelli L., Lopez A., Jalenti R., Silvestri L. // J. Chem. Eng. Data. 1982. V. 27. Р. 28. DOI: 10.1021/je00027a008.Doman´ska U., Moollan W.C. // J. Chem. Eng. Data. 1996. V. 41. P. 261. DOI: 10.1021/je950236w.