DE102024119236A1

DE102024119236A1 - β-H-freie Tetraalkylammonium-Salze von substituierten trifluorborathaltigen Anionen und deren Verwendung in einer Elektrolytzusammensetzung in einem Energiespeicher

Info

Publication number: DE102024119236A1
Application number: DE102024119236.4A
Authority: DE
Inventors: Stephanie Dolique; Pascal Lerner; Klaus-Dieter Franz
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2024-07-05
Filing date: 2024-07-05
Publication date: 2026-01-08
Also published as: WO2026008445A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft β-H-freie Tetraalkylammonium-Salze von mit elektronenziehenden Gruppen substituierten Trifluorboraten sowie deren Verwendung in einer Elektrolytzusammensetzung. Sie betrifft insbesondere deren Verwendung in einer Elektrolytzusammensetzung in elektrochemischen Super- und Ultrakondensatoren, beispielsweise in Doppelschichtkondensatoren in Elektromotoren.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft β-H-freie Tetraalkylammonium-Salze von mit elektronenziehenden Gruppen (Electron Withdrawing Groups, EWG) substituierten Trifluorboraten sowie deren Verwendung in einer Elektrolytzusammensetzung. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere deren Verwendung in einer Elektrolytzusammensetzung in elektrochemischen Super- und Ultrakondensatoren, beispielsweise in Doppelschichtkondensatoren in Elektromotoren.
Technischer Hintergrund
Die Elektromobilität erfordert leistungsfähige Energiespeichersysteme. Schnelle Lastwechsel in elektromobilen Systemen führen zu einem Leistungsabfall und zu einer Verkürzung der Lebenszeit von elektrochemischen Energiespeichern. Daher werden leistungsfähige elektrische Speicherpuffer zur Entlastung von elektrochemischen Energiespeichern in elektromobilen Systemen benötigt. Für Fahrzeuge mit Elektromotoren werden neue Materialen für leistungsfähigere Energiespeicher benötigt. Die gewünschten neuartigen Materialien sollen eine schnelle und dauerhafte Verfügbarkeit von Antriebsenergie garantieren. Insbesondere wären neuartige Elektrolytzusammensetzungen in Kondensatoren mit erhöhter Speicherkapazität und Leistung wünschenswert. Dadurch wird insbesondere bei schnellen Lastwechseln durch Beladung oder Entladung der elektrochemischen Batterien die Belastung abgepuffert und damit die Lebensdauer der Batterien verlängert.
Eine effiziente Speicherung und Umwandlung von Energie in Elektromotoren ist durch elektrochemische Super- und Ultrakondensatoren möglich. Hierbei werden in der Elektromobilität insbesondere elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (EDLC) eingesetzt. Die Ladungskapazität und Leistungsfähigkeit von Super- und Ultrakondensatoren werden maßgeblich durch die Elektrolytzusammensetzung beeinflusst. Die bisher bereitgestellten Elektrolytzusammensetzungen in Super- und Ultrakondensatoren basieren überwiegend auf stark sauren oder basischen wässrigen Salzlösungen. Typischerweise werden 1 M Lösungen von Tetraethylammonium-BF₄ eingesetzt. Die bisher bereitgestellten Elektrolytzusammensetzungen weisen jedoch eine begrenzte Ladungskapazität, ein beschränktes elektrochemisches Fenster und eine unerwünschte thermische Expansion bei Erwärmung auf.
Zudem hat bei der Verwendung von Salzen als Elektrolyte die Viskosität der Lösung den dominierenden Einfluss auf den Widerstand des Kondensators, da die Ionen durch die Lösung zur Elektrode wandern. Die Viskosität der Salzlösungen hängt dabei von der Konzentration und dem Molekulargewicht der Salze ab, aber auch von wenig polarisierbaren Substituenten an den Anionen. Dadurch scheidet die grundsätzlich attraktive Nutzung von lonischen Flüssigkeiten aus, da diese eine viel zu hohe Viskosität aufweisen. Eine weitere wichtige Einflussgröße auf die Performanz ist das mögliche elektrochemische Fenster, wodurch grundsätzlich ein Kompromiss bei der Auswahl des Lösemittels zwischen diesen Eigenschaften getroffen werden muss.
Ferner zeichnen sich bisher bereitgestellte Elektrolytzusammensetzungen in Super- und Ultrakondensatoren dadurch aus, dass ein relativ hoher Anteil an Lösungsmittel verwendet wird. Zudem sind viele Elektrolytsalze für Doppelschichtkondensatoren auf die Verwendung von Acetonitril limitiert. In der Folge sind die Doppelschichtkondensatoren in der möglichen Einsatztemperatur wegen des Lösungsmittels Acetonitril auf dessen Siedetemperatur limitiert. Außerdem kommt es bei den kommerziellen Elektrolytsalzen wie Tetraethylammoniumtetrafluorborat (TE-ABF₄) schnell zu einer Zersetzung durch einen geringen Wasseranteil. Hierdurch werden die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Energiespeichers verringert. Bislang ist jedoch noch keine Alternative zu TEABF₄ bekannt, die eine vergleichbare Leistungsfähigkeit und eine höhere Stabilität als dieses aufweist. Die Bereitstellung einer neuen Elektrolytzusammensetzung zur Überwindung dieser Nachteile wäre wünschenswert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe, weiter verbesserte Elektrolytsalze und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen für die Verwendung in Elektrolytzusammensetzungen in Energiespeichern, insbesondere in Super- und Ultrakondensatoren.
Zusammenfassung der Offenbarung
In einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung ein β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten mit der Strukturformel R² ₄N⁺ R'BF₃ ^- mit R¹ = elektronenziehende Gruppe, optional ausgewählt aus der Gruppe umfassend teilfluorierte oder perfluorierte Alkylgruppe, teilfluorierte oder perfluorierte Arylgruppe, teilchlorierte oder perchlorierte Alkylgruppe, teilchlorierte oder perchlorierte Arylgruppe, gemischt fluorierte und chlorierte Alkylgruppe, gemischt fluorierte und chlorierte Arylgruppe und R² = β-H-freier Alkylrest.
Hierbei ist anzumerken, dass die elektronenziehende Gruppe definitionsgemäß kein einzelnes Fluoratom sein kann, welches an sich zwar eine elektronenziehende Gruppe ist, was aber dann kein (substituiertes) Trifluorborat-Anion mehr wäre, sondern ein Tetrafluorborat-Anion. Die elektronenziehende Gruppe umfasst folglich nicht -F. Unter den gemischt fluorierten und chlorierten Alkylgruppen und Arylgruppen sind sowohl solche zu verstehen, die Fluor und Chlor an einem einzelnen C-Atom tragen, also beispielsweise -CF₂Cl, als auch solche, die Fluor und Chlor getrennt an unterschiedlichen C-Atomen tragen, also beispielsweise -CCl₂CF₃.
Ferner bezieht sich „β-H-frei“ auf die Abwesenheit von Wasserstoff an den β-Positionen zum Stickstoff der Tetraalkylammoniumkationen.
In Ausgestaltungsvarianten ist R² ausgewählt aus der Gruppe umfassend Methyl-Rest, t-Butyl-Rest, Benzyl-Rest.
In Ausgestaltungsvarianten ist das Anion ausgewählt aus der Gruppe umfassend Methyltrifluorborat, Ethyltrifluorborat, Propyltrifuorborat, Trifluormethyltrifluorborat, Pentafluorethyltrifluorborat, Heptafluorpropyltrifluorborat, Nonafluorbutyltrifluorborat, Undecafluorpentyltrifluorborat, Trichlormethyltrifluorborat, Pentachlorethyltrifluorborat, Heptachlorpropyltrifluorborat, Nonachlorbutyltrifluorborat, Undecachlorpentyltrifluorborat, Pentafluorphenyltrifluorborat, Heptafluornaphtyltrifluorborat, Pentachlorphenyltrifluorborat und Heptachlornaphtyltrifluorborat.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Offenbarung die Verwendung eines β-H-freien Tetraalkylammonium-Salzes von substituierten Trifluorboraten gemäß Aspekt 1 in einer Elektrolytzusammensetzung in einem Energiespeicher, insbesondere einem Kondensator.
In einem dritten Aspekt betrifft die Offenbarung eine Elektrolytzusammensetzung für einen Energiespeicher, insbesondere einen Kondensator, umfassend eine 0 < x ≤ 5 molare Lösung eines β-H-freien Tetraalkylammonium-Salzes von substituierten Trifluorboraten gemäß Aspekt 1 in einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe umfassend Acetonitril, Propylencarbonat, Diethylether, Kohlensäureester und γ-Butyrolacton.
Detaillierte Beschreibung der Offenbarung
Wie die Erfinder erkannt haben, besteht ein kombiniertes Problem bei der Verbesserung der kommerziellen Elektrolytsalze wie Tetraethylammoniumtetrafluorborat (TEABF₄). Einerseits tritt eine Abbaureaktion am Tetraethylammonium-Kation durch einen Hofmann-Abbau auf, die für die rasche Beeinträchtigung des Elektrolytsalzes in seiner Leistungsfähigkeit und die Begrenzung der möglichen Zyklenzahl verantwortlich ist. Andererseits ist aber der Austausch des Kations dadurch eingeschränkt, dass das Salz zusammen mit dem Tetrafluorborat-Anion in den gängigen Lösemitteln (Acetonitril und Propylencarbonat) bei denkbar erscheinenden Alternativen nicht mehr ausreichend löslich ist für eine gute Kapazität des Kondensators. Der Performanzzugewinn durch eine höhere Stabilität würde somit durch eine generell schwächere Leistung konterkariert. Darüber hinaus ist auch das Tetrafluorborat-Anion im TEABF₄ durch eine gewisse Hydrolyseanfälligkeit für den Leistungsabfall mitverantwortlich, wenn ein geringer Wasseranteil in der Elektrolytlösung enthalten ist.
Im Gegensatz zu TEABF₄ sind die offenbarungsgemäßen substituierten β-H-freien Tetraalkylammonium-Trifluorboratsalze luft- und hydrolysestabil. Ebenso findet auch kein Hofmann-Abbau des β-H-freien Tetraalkylammonium-Kations statt. Zudem sind die Salze auch in anderen Lösungsmitteln als Acetonitril gut löslich, was neben der gleich guten Leitfähigkeit auch noch das Ausweichen auf andere Lösungsmittel mit höheren Siedepunkten und damit einen größeren Betriebstemperaturbereich ermöglicht. Essentiell für das Erzielen dieser Vorteile ist dabei der Einsatz eines β-H-freien Tetraalkylammonium-Kations und eines elektronenziehenden Substituenten an einem Trifluorborat-Anion.
Durch die Verwendung von β-H-freien Tetraalkylammonium-Salzen von mit elektronenziehenden Substituenten substituierten Trifluorboraten, wie beispielsweise von Tetramethylammonium-Trifluormethyltrifluorborat, kann im Vergleich zum Stand der Technik als Kation Tetramethylammonium verwendet werden. Dies wäre mit BF₄ als Anion nicht möglich, da Tetramethylammonium-Tetrafluorborat, wie oben geschildert, in Acetonitril und Propylencarbonat nicht ausreichend löslich ist. In dem gängigen Acetonitril ist Tetramethylammonium-Trifluormethyltrifluorborat mindestens 1 Molar löslich. Durch die Verwendung von Tetramethylammonium anstelle von Tetraethylammonium wird der Hoffmann Abbau am Kation verhindert, welches bezüglich des Kations den einzigen Degradationsmechanismus darstellt. Diese am Beispiel des Methylrests erläuterten Eigenschaften gelten allgemein für β-H-freie Tetraalkylreste, insbesondere auch für den t-Butyl-Rest und den Benzyl-Rest. Ferner ist Trifluormethyltrifluorborat gegenüber Tetrafluorborat deutlich hydrolysestabiler. Damit wird auf der Anionenseite ebenfalls ein Degradadtionsmechanismus gegenüber dem Stand der Technik minimiert.
Die gleichen Vorteile wie für den Trifluormethyl-Substituenten als elektronenziehenden Substituenten am Trifluorborat-Anion werden auch von anderen elektronenziehenden Substituenten erzielt, sodass beispielsweise eine Optimierung im Hinblick auf das gewünschte Lösungsmittel möglich ist. In Ausgestaltungsvarianten kann daher der elektronenziehende Substituent eine teilfluorierte oder perfluorierte Alkylgruppe sein.
In anderen Ausgestaltungsvarianten kann der elektronenziehende Substituent eine teilfluorierte oder perfluorierte Arylgruppe sein.
In anderen Ausgestaltungsvarianten kann der elektronenziehende Substituent eine teilchlorierte oder perchlorierte Alkylgruppe sein.
In anderen Ausgestaltungsvarianten kann der elektronenziehende Substituent eine teilchlorierte oder perchlorierte Arylgruppe sein.
In anderen Ausgestaltungsvarianten kann der elektronenziehende Substituent eine gemischt fluorierte und chlorierte Alkylgruppe sein.
In anderen Ausgestaltungsvarianten kann der elektronenziehende Substituent eine gemischt fluorierte und chlorierte Arylgruppe sein.
In Ausgestaltungsvarianten können die elektronenziehenden Substituenten eine perfluorierte Alkylgruppe mit einer Länge von C₁-C₅ oder eine perfluorierte Arylgruppe sein.
In Ausgestaltungsvarianten können die elektronenziehenden Substituenten eine teilfluorierte Alkylgruppe mit einer Länge von C₁-C₅ oder eine teilfluorierte Arylgruppe sein.
In Ausgestaltungsvarianten können die elektronenziehenden Substituenten eine gemischt fluorierte und chlorierte Alkylgruppe mit einer Länge von C₁-C₅ oder eine gemischt fluorierte und chlorierte Arylgruppe sein.
Die offenbarungsgemäßen β-H-freien Tetraalkylammonium-Salze mit substituierten Trifluorboraten können in einer Elektrolytzusammensetzung für einen Energiespeicher eingesetzt werden. Insbesondere kann der Energiespeicher ein Kondensator sein. In Ausgestaltungsvarianten ist der Kondensator ein elektrochemische Super- oder Ultrakondensatoren, insbesondere ein elektrochemischer Doppelschichtkondensatoren (EDLC).
Eine offenbarungsgemäße Elektrolytzusammensetzung kann eine 0 < x ≤ 5 molare Lösung eines offenbarungsgemäßen β-H-freien Tetraalkylammonium-Salzes von substituierten Trifluorboraten umfassen. In Ausgestaltungsvarianten kann die Lösung eine 0 < x ≤ 5 molare Lösung, eine 0 < x ≤ 4 molare Lösung, eine 0 < x ≤ 3 molare Lösung, eine 0 < x ≤ 2 molare Lösung oder eine 0 < x ≤ 1 molare Lösung sein. In Ausgestaltungsvarianten kann die Lösung eine 0,5 ≤ x ≤ 5 molare Lösung, eine 1,0 ≤ x ≤ 5 molare Lösung, eine 1,5 ≤ x ≤ 5 molare Lösung, eine 2,0 ≤ x ≤ 5 molare Lösung, eine 2,5 ≤ x ≤ 5 molare Lösung oder eine 3,0 ≤ x ≤ 5 molare Lösung sein. In Ausgestaltungsvarianten kann die Lösung eine 0,5 ≤ x ≤ 4 molare Lösung, eine 0,5 ≤ x ≤ 3 molare Lösung, eine 0,5 ≤ x ≤ 2 molare Lösung oder eine 0,5 ≤ x ≤ 1,5 molare Lösung sein.
In Ausgestaltungsvarianten kann das Lösungsmittel ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Acetonitril, Propylencarbonat, Diethylether, Kohlensäureester und γ-Butyrolacton.
In Ausgestaltungsvarianten kann die Elektrolytzusammensetzung ein in Acetonitril gelöstes offenbarungsgemäßes β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten in einer Konzentration einer 0 < x ≤ 5 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 4 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 3 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 2 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 1 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 1,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 1,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 2,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 2,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung oder einer 3,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung sein.
In Ausgestaltungsvarianten kann die Elektrolytzusammensetzung ein in Acetonitril gelöstes offenbarungsgemäßes β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten in einer Konzentration einer 0,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 4 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 3 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 2 molaren Lösung oder einer 0,5 ≤ x ≤ 1,5 molaren Lösung sein.
In Ausgestaltungsvarianten kann die Elektrolytzusammensetzung ein in Propylencarbonat gelöstes offenbarungsgemäßes β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten in einer Konzentration einer 0 < x ≤ 5 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 4 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 3 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 2 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 1 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 1,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 1,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 2,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 2,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung oder einer 3,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung sein.
In Ausgestaltungsvarianten kann die Elektrolytzusammensetzung ein in Propylencarbonat gelöstes offenbarungsgemäßes β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten in einer Konzentration einer 0,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 4 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 3 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 2 molaren Lösung oder einer 0,5 ≤ x ≤ 1,5 molaren Lösung sein.
In Ausgestaltungsvarianten kann die Elektrolytzusammensetzung ein in Diethylether, Kohlensäureester oder γ-Butyrolacton gelöstes offenbarungsgemäßes β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten in einer Konzentration einer 0 < x ≤ 5 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 4 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 3 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 2 molaren Lösung, einer 0 < x ≤ 1 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 1,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 1,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 2,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 2,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung oder einer 3,0 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung sein.
In Ausgestaltungsvarianten kann die Elektrolytzusammensetzung ein in Diethylether, Kohlensäureester oder γ-Butyrolacton gelöstes offenbarungsgemäßes Tetramethylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten in einer Konzentration einer 0,5 ≤ x ≤ 5 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 4 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 3 molaren Lösung, einer 0,5 ≤ x ≤ 2 molaren Lösung oder einer 0,5 ≤ x ≤ 1,5 molaren Lösung sein.
Synthese von Tetramethylammonium-Salzen mit substituierten Trifluorboraten (Me₄N⁺ R¹BF₃ ^-)
Die offenbarungsgemäßen R² ₄N⁺ R¹BF₃ ^- können nach folgender allgemeiner Vorschrift hergestellt werden.
Es wird K⁺ R¹BF₃ ^- mit R¹=EWG und R² ₄N⁺ Cl^- in einem aprotischen Lösungsmittel oder einem Alkohol zu R² ₄N⁺ R¹BF₃ ^- umgesetzt, wie nachstehend für R² = Me gezeigt. Gleiches gilt für R² = t-Butyl oder Benzyl
Hierbei kann die Reaktion bei einer Temperatur im Bereich von 20 °C bis 125 °C durchgeführt werden, vorzugsweise im Bereich von 20 °C bis 75 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 20 °C bis 45 °C.
Kurzbeschreibung der Figur

1 zeigt die Leitfähigkeit von Tetramethylammoniumtrifluormethyltrifluorborat und Tetraethylammoniumtetrafluorborat im Vergleich (jeweils 1 M in Acetonitril gelöst) in Abhängigkeit von der Temperatur.

Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele illustriert, wobei die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden Tetramethylammoniumkationen für die Beispiele gewählt. Für andere β-H-freie Tetraalkylammoniumkationen, wie beispielsweise Tetra-t-butylammoniumkationen oder Tetra-benzylammoniumkationen gelten diese analog.
Sofern nichts anderes ausgeführt ist, wird im Rahmen dieser Offenbarung unter „Raumtemperatur“ eine Temperatur im Bereich von 20 °C - 25 °C, insbesondere 22 °C, verstanden.
1. Synthese von Tetramethylammonium-Salzen mit substituierten Trifluorboraten
1.1 Beispiel 1 - Tetramethylammoniumtrifluormethyltrifluorborat (Me₄N⁺ F₃CBF₃ ^-)
Es wurde K⁺ F₃CBF₃ ^- und Me₄N⁺ Cl^- in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung filtriert und das Filtrat eingeengt. Der erhaltene Feststoff wurde erneut in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung erneut filtriert und das Filtrat eingeengt.
1.2 Beispiel 2 - Tetramethylammoniumpentafluorethyltrifluorborat (Me₄N⁺ F₅C₂BF₃ ^-)
Es wurde K⁺ F₅C₂BF₃ ^- und Me₄N⁺ Cl^- in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung filtriert und das Filtrat eingeengt. Der erhaltene Feststoff wurde erneut in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung erneut filtriert und das Filtrat eingeengt.
1.3 Beispiel 3 - Tetramethylammoniumtrichlormethyltrifluorborat (Me₄N⁺ Cl₃CBF₃ ^-)
Es wurde K⁺ Cl₃CBF₃ ^- und Me₄N⁺ Cl^- in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung filtriert und das Filtrat eingeengt. Der erhaltene Feststoff wurde erneut in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung erneut filtriert und das Filtrat eingeengt.
1.4 Beispiel 4 - Tetramethylammoniumpentafluorphenyltrifluorborat (Me₄N⁺ F₅C₆BF₃ ^-)
Es wurde K⁺ F₅C₆BF₃ ^- und Me₄N⁺ Cl^{- -} in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung filtriert und das Filtrat eingeengt. Der erhaltene Feststoff wurde erneut in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung erneut filtriert und das Filtrat eingeengt.
1.5 Beispiel 5 - Tetramethylammoniumheptachlornaphtyltrifluorborat (Me₄N⁺ Cl₇C₁₀BF₃ ^-)
Es wurde K⁺ Cl₇C₁₀BF₃ ^- und Me₄N⁺ Cl^- in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung filtriert und das Filtrat eingeengt. Der erhaltene Feststoff wurde erneut in Acetonitril als einem aprotischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wurde die Lösung erneut filtriert und das Filtrat eingeengt.
2. Elektrolytzusammensetzung für einen Kondensator
Als Beispiel für eine geeignete Elektrolytzusammensetzung wurde eine 1 M Lösung von Tetramethylammoniumtrifluormethyltrifluorborat (Me₄N⁺ F₃CBF₃ ^-) aus Beispiel 1 in Acetonitril (Sigma Aldrich; 99,8%) hergestellt. Diese wurde in einer elektrochemischen Charakterisierung mit einer ebenfalls 1 M Lösung des kommerziell eingesetzten TEABF₄ in Acetonitril verglichen.
Dazu wurde eine Vergleichsmessung der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur durchgeführt. Diese wurde in einer geschlossenen Messzelle „TSC 1600 Closed“ der Firma rhd Instruments mit 1 ml Probenvolumen vorgenommen.
Das Ergebnis dieser Vergleichsmessung ist in 1 aufgetragen. Wie man erkennen kann, liegt die Kennkurve des Me₄N⁺ F₃CBF₃ ^- oberhalb der des Vergleichssalzes TEABF₄ aus dem Stand der Technik, was belegt, dass die Leitfähigkeit besser als die des TEABF₄ im relevanten Temperaturbereich (10 - 55 °C) ist.
Darüber hinaus lassen sich mit dem Me₄N⁺ F₃CBF₃ ^- höhere kapazitätsverbessernde Konzentrationen erzielen. Hierzu wurden in einer Testreihe Lösungen in Acetonitril angesetzt mit einer Konzentration von 0,5 M, 1 M, 1,5 M, 2 M und 5 M.
Ferner wurden alternative Lösungsmittel getestet. Hierfür wurden jeweils 1 M Lösungen des Me₄N^{+ -}F₃CBF₃ in Propylencarbonat, Diethylether, Kohlensäureester und γ-Butyrolacton hergestellt.

Claims

β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten mit der Strukturformel R² ₄N⁺ R¹BF₃ ^- mit R¹ = elektronenziehende Gruppe, optional ausgewählt aus der Gruppe umfassend teilfluorierte oder perfluorierte Alkylgruppe, teilfluorierte oder perfluorierte Arylgruppe, teilchlorierte oder perchlorierte Alkylgruppe, teilchlorierte oder perchlorierte Arylgruppe, gemischt fluorierte und chlorierte Alkylgruppe, gemischt fluorierte und chlorierte Arylgruppe und R² = β-H-freier Alkylrest.
β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten gemäß Anspruch 1, wobei R² ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Methyl-Rest, t-Butyl-Rest, Benzyl-Rest.
β-H-freies Tetraalkylammonium-Salz von substituierten Trifluorboraten gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Anion ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Methyltrifluorborat, Ethyltrifluorborat, Propyltrifuorborat, Trifluormethyltrifluorborat, Pentafluorethyltrifluorborat, Heptafluorpropyltrifluorborat, Nonafluorbutyltrifluorborat, Undecafluorpentyltrifluorborat, Trichlormethyltrifluorborat, Pentachlorethyltrifluorborat, Heptachlorpropyltrifluorborat, Nonachlorbutyltrifluorborat, Undecachlorpentyltrifluorborat, Pentafluorphenyltrifluorborat, Heptafluornaphtyltrifluorborat, Pentachlorphenyltrifluorborat und Heptachlornaphtyltrifluorborat.
Verwendung eines β-H-freien Tetraalkylammonium-Salzes von substituierten Trifluorboraten gemäß einem der vorstehenden Ansprüche in einer Elektrolytzusammensetzung in einem Energiespeicher, insbesondere einem Kondensator.
Elektrolytzusammensetzung für einen Energiespeicher, insbesondere einen Kondensator, umfassend eine 0 < x ≤ 5 molare Lösung eines β-H-freien Tetraalkylammonium-Salzes von substituierten Trifluorboraten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe umfassend Acetonitril, Propylencarbonat, Diethylether, Kohlensäureester und γ-Butyrolacton.