Deriváty 1,2,3-triazolu jako potenciální elektrolyty pro Li-iontové baterie

Abstract

Lithium iontová baterie (LIB) v současnosti reprezentuje jednu z nejperspektivnějších technologií pro uchovávání elektrické energie. Na poli dobíjecích akumulátorů zaujímají LIB výsostné postavení díky mimořádným vlastnostem, jako jsou vysoká energetická hustota a nominální napětí, vysoký počet dobíjecích cyklů, bezpečnost a spolehlivost. Jednou ze základních komponent každé LIB je elektrolyt, který plní roli transportního média Li+ iontů mezi oběma elektrodami. Komerční LIB nejčastěji využívají kapalný elektrolyt tvořený anorganickou lithnou solí LiPF6, která je rozpuštěna v bezvodém polárním aprotickém rozpouštědle (typicky směs karbonátů). Nicméně tato původní koncepce lithného elektrolytu již dosáhla svých technologických limitů a rovněž začíná být nevyhovující z pohledu nízké hydrolytické a termální stability LiPF6. Perspektivní výzkumnou cestu, která eliminuje výše zmíněné nedostatky anorganických elektrolytů, představují organické lithné soli. V této oblasti se těší popularitě především anionty Hückelova typu, tedy lithné soli odvozené od heteroaromatických N-kyselin na bázi imidazolu či 1,2,3-triazolu. Rešeršní část této diplomové práce čtenáře blíže seznamuje s historickým vývojem dobíjecích LIB, představuje základní součásti článku a principy jeho fungování. Klíčové pasáže jsou pak věnovány (an)organickým elektrolytům v LIB a jejich vlastnostem. Pozornost je zaměřena hlavně na elektrolyty odvozené od aniontů Hückelova typu a na jejich chování v rozpouštědlových systémech. Závěrečná kapitola se pak zabývá elektronovými vlastnostmi 1H 1,2,3-triazolu a možnostmi syntézy tohoto heteroaromatického kruhu. V rámci experimentální části této diplomové práce bylo navrženo a úspěšně syntetizováno celkem 17 lithných solí (z toho 12 nových) odvozených od základního 1,2,3-triazolu, dále benztriazolu a 4 fenyl-1,2,3-triazolu. Využité syntetické cesty zahrnovaly zejména diazotaci 1,2-diaminů, Henryho reakci, cyklokondenzaci -nitrostyrenů s NaN3 a finální neutralizaci N-kyselin pomocí MeOLi. Struktura a čistota všech meziproduktů i cílových lithných solí byla ověřena pomocí dostupných analytických metod (NMR, EI-MS, HR-MALDI-MS, IČ). Závěrem byla měřena rozpustnost cílových lithných solí ve vybraných polárních aprotických rozpouštědlech.