探討Polyethyleneglycol及LiTFSI對雙陽離子液體傳輸現象及物理性質的影響

Abstract

本篇論文第一部分使用兩種雙陽離子液體，[IMCI][TFSI] (3 3'-(2 2'-(ethane-1 2-diylbis(oxy))bis(ethane-2 1-diyl))bis(1-ethyl-3-imidazolium) bis(trifluoromethylsulfonyl)amide S1)、[IMOI][TFSI] (3 3'- (octane-1 8-diyl)bis(1-ethyl-3-imidazolium) bis(trifluoromethylsulfonyl) amide S2) 與溶劑Poly ethylene glycol (PEG200) 摻混成11種不同濃度離子液體(PEG200莫爾分率x=0~1)。第2部分則是使用 [IMCI] [TFSI]、[IMOI][TFSI]加入莫耳分率約0 7的Ethylene carbonate (EC)，與Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide(LiTFSI)摻混成4種不同濃度離子液體(LiTFSI莫爾分率x=0 0757、0 1403、0 1969、0 2464)。最後測量在不同溫度下，這些樣品密度、黏度、導電度、擴散係數的變化。 　　第一部份中，[IMCI][TFSI] (S1)隨著PEG200濃度(莫耳分率x=0~1)的變化，密度及黏度下降，導電度擴散係數上升，解離程度沒有太大變化，表示PEG200的加入，只會使[IMCI][TFSI] (S1)從較大的clusters變成較小的clusters而使得整個系統黏度下降，導電度上升。因此PEG200的加入對[IMCI][TFSI] (S1)系統傳輸及物理性質的影響，黏度下降是其主要貢獻。[IMOI][TFSI] (S2)隨著PEG200濃度的增加，密度及黏度下降，導電度及擴散係數上升，解離程度則變小，但[IMOI][TFSI] (S2)加入PEG200的黏度比較接近理想黏度，表示PEG200因為在組成結構上與[IMOI][TFSI] (S2)的陽離子鏈接鏈相似(都是-C-O-C- 鍵)，比起[IMCI][TFSI] (S1)有更好的packing (PEG200與[IMOI] 陽離子間的作用)。雖然PEG200與S2的陽離子鏈接鏈上有組成相似，然而卻造成解離率下降，且黏度下降比率及導電度上升比率會比S1系統低。因此PEG200的加入在S2系統中在物化性質的影響，黏度下降也是主要貢獻，但其貢獻度對低於PEG200對S1系統的影響。 　　第2部分[IMCI][TFSI] (S1) 、[IMOI][TFSI] (S2)與濃度約0 7莫耳分率的EC摻混後，密度及黏度下降，導電度及擴散係數上升而且解離程度下降。這是由於EC的加入對系統有稀釋作用，S1、S2中離子液體的分子間作用力變小，造成整體系統密度及黏度下降，所以導致導電度及擴散係數的上升。而且S1與EC摻混後黏度下降率及導電度上升率都會比S2大，顯示EC的摻混，類似於PEG200摻混，可能對S1的溶液結構有較明顯的改變，導致黏度下降比率比S2系統高。再加入不同濃度的鋰鹽LiTFSI (莫耳分率x=0 08、0 14、0 2、0 25)後，[IMCI][TFSI] (S1) 、[IMOI][TFSI] (S2)隨著LiTFSI濃度上升，與EC摻混相比，密度及黏度反而上升，導電度及擴散係數下降。這是因為鋰鹽LiTFSI的加入與系統中陰離子TFSI-形成[Li(TFSI)n+1]n- complex，而且Li+會與EC水合而減弱了EC的摻混效應，因此系統黏度上升，而且隨著LiTFSI加入的濃度越大而黏度越大，導電度及擴散係數下降。同時由於離子液體陽離子擴散係數為鋰離子擴散係數4倍，陰離子擴散係數為鋰離子擴散係數的5倍，也顯示Li+的mobility在系統中是小的，因此Li+的transport number 皆小於百分之三。而S1、S2系統中加入LiTFSI時黏度值相近(S1=90 9cp，S2=90 3cp at 30 oC)，由於[Li(TFSI)n+1]n- complex的形成，而且Li+會與EC水合，成為決定黏度主要因素，所以S1、S2黏度性質表現相近，而黏度是決定此融鹽摻混體系傳輸性質及物理性質的主要因素。 　　總結S1、S2與PEG200、EC及鋰鹽LiTFSI摻混結果得知，當S1、S2與其他溶劑摻混或加入其他化學物質時，決定其傳輸性質與物理性質的主要原因是黏度。

Date of Award	2014 Jan 23
Original language	Chinese
Supervisor	Shyh-Gang Su (Supervisor)