АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ НА ОСНОВЕ СЕРООРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ

1. Аккумуляторная батарея, включающая в себя
a) анод, содержащий активный материал анода, включающий натрий, литий или сплав или композит, по меньшей мере, одного из натрия или лития, по меньшей мере, с одним другим металлом, для обеспечения ионами;
b) катод, содержащий активный материал катода, включающий элементарную серу, элементарный селен или смесь элементарных халькогенов; и
c) промежуточный разделительный элемент, размещенный между анодом и катодом, предназначенный для разделения жидких или гелеобразных растворов электролита, находящихся в контакте с анодом и катодом, через который ионы металла и их противоионы движутся между анодом и катодом во время циклов зарядки и разрядки аккумуляторной батареи;
где упомянутые жидкие или гелеобразные растворы электролита включают неводный полярный апротонный растворитель или полимер и электропроводящую соль и выполняется, по меньшей мере, одно из условий (i), (ii), (iii) или (iv):
(i) по меньшей мере, один из жидких или гелеобразных растворов электролита дополнительно включает, по меньшей мере, одно сероорганическое соединение;
(ii) катод дополнительно включает в себя, по меньшей мере, одно сероорганическое соединение;
(iii) промежуточный разделительный элемент включает в себя функционализированный пористый полимер, содержащий, по меньшей мере, одно сероорганическое соединение;
(iv) анод дополнительно включает в себя, по меньшей мере, одно сероорганическое соединение, или он предварительно обработан с помощью, по меньшей мере, одного сероорганического соединения;
n
при этом сероорганическое соединение включает, по меньшей мере, один органический фрагмент и, по меньшей мере, одну -S-S- связь, где n представляет собой 0 или целое число, равное или больше 1.
2. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение выбирают из группы, состоящей из органических полисульфидов, органических тиолатов и органических политиолатов и их смесей.
2
3. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение содержит одну или более серосодержащих функциональных групп, выбранных из группы, состоящей из дитиоацеталя, дитиокеталя, тритиоортокарбоната, тиосульфоната [-S(O)-S-], тиосульфината [-S(O)-S-], тиокарбоксилата [-C(O)-S-], дитиокарбоксилата [-C(S)-S-], тиофосфата, тиофосфоната, монотиокарбоната, дитиокарбоната и тритиокарбоната.
4. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение выбирают из группы, состоящей из ароматических полисульфидов, полиэфирполисульфидов, солей полисульфидных кислот и их смесей.
1
2
1
2
n
1
20
5. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение представляет собой органический полисульфид формулы R-S-S-R, где R и R независимо представляют C-C органический фрагмент, который может быть линейным, разветвленным или циклическим алифатическим или ароматическим и который может необязательно включать одну или более функциональных групп, содержащих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл, и n представляет собой целое число, равное или больше 1.
1
1
1
n
1
20
6. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение представляет собой органический тиолат формулы R-S-M или органический политиолат формулы R-S-S-M, где R представляет собой C-C органический фрагмент, который может быть линейным, разветвленным или циклическим алифатическим или ароматическим и который может необязательно включать одну или более функциональных групп, содержащих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл, M представляет собой литий, натрий, калий, магний, четвертичный аммоний или четвертичный фосфоний и n представляет собой целое число, равное или больше 1.
7. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение представляет собой дитиоацеталь или дитиокеталь формул (I) или (II) или тритиоортокарбоксилат формулы (III):
3
1
20
1
20
где каждый R представляет собой независимо H или C-C органический фрагмент, который может быть линейным, разветвленным или циклическим алифатическим или ароматическим и который необязательно может включать одну или более функциональных групп, содержащих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл, o, p и q каждый представляет собой независимо целое число, равное или больше 1, и каждый Z независимо представляет собой: C-C органический фрагмент, который может быть линейным, разветвленным или циклическим алифатическим или ароматическим и который может необязательно включать одну или более функциональных групп, содержащих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл; Li; Na; K; Mg; четвертичный аммоний или четвертичный фосфоний.
8. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение представляет собой ароматический полисульфид формулы (IV), полиэфирполисульфид формулы (V), соль полисульфидной кислоты формулы (VI) или соль полисульфидной кислоты формулы (VII):
4
5
6
5
1
20
где R представляет собой независимо третбутил или третамил, R независимо представляет собой OH, OLi или ONa и r представляет собой 0 или большее число в формуле (IV), где ароматические кольца необязательно замещены в одном или более положениях с помощью заместителей, не являющихся водородом, R представляет собой двухвалентный органический фрагмент в формуле (VI), R представляет собой двухвалентный органический фрагмент в формуле (VII), каждый Z представляет собой независимо C-C органический фрагмент, Li, Na или четвертичный аммоний, каждый M представляет собой независимо Li, Na, K, Mg, четвертичный аммоний или четвертичный фосфоний и o и p каждый независимо представляет собой целое число, равное или больше 1.
9. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение представляет собой органический или металлорганический полисульфид, содержащий тритиокарбонатную функциональность формулы (IX), органический или металлорганический полисульфид, содержащий дитиокарбонатную функциональность формулы (X) или органический или металлорганический полисульфид, содержащий монотиокарбонатную функциональность формулы (XI):
1
20
где Z представляет собой C-C органический фрагмент, Na, Li, четвертичный аммоний или четвертичный фосфоний и o и p каждый независимо представляет собой целое число, равное или больше 1.
n
10. Аккумуляторная батарея по п. 1, где жидкий или гелеобразный раствор электролита дополнительно включает в себя диметаллполитиолатное соединение формулы M-S-S-M, где каждый M независимо представляет собой Li, Na, K, Mg, четвертичный аммоний или четвертичный фосфоний и n представляет собой целое число, равное или больше 1.
11. Аккумуляторная батарея по п. 1, где катод дополнительно включает в себя, по меньшей мере, одну электропроводящую добавку и/или, по меньшей мере, одно связующее вещество.
12. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение присоединяют к главной цепи функционализированного пористого полимера.
13. Аккумуляторная батарея по п. 1, где сероорганическое соединение подвергают реакции образования поперечных связей в функционализированном пористом полимере или оно образует часть главной цепи функционализированного пористого полимера.
14. Аккумуляторная батарея по п. 1, где органический фрагмент содержит, по меньшей мере, два углеродных атома.
15. Аккумуляторная батарея по п. 1, где промежуточный пористый сепаратор разделяет аккумуляторную батарею на зону анолита, относящуюся к аноду, и зону католита, относящуюся к катоду, и где сероорганическое соединение присутствует, по меньшей мере, в одной из зоны анолита или зоны католита.
2
16. Аккумуляторная батарея по п. 1, где неводный полярный апротонный растворитель или полимер содержит одну или более функциональных групп, выбранных из простого эфира, карбонила, сложного эфира, карбоната, амино, амидо, сульфидила [-S-], сульфинила [-S(O)-] или сульфонила [-SO-].
3
2
2
3
3
3
3
4
6
3
6
17. Аккумуляторная батарея по п. 1, где электропроводящая соль соответствует формуле MX, где M представляет собой Li, Na или четвертичный аммоний и X представляет собой (CFSO)N, CFSO, CHSO, ClO, PF, NO, AsF или галоген.
18. Аккумуляторная батарея по п. 1, где органический фрагмент является олигомерным или полимерным и сероорганическое соединение включает, по меньшей мере, одну -S-S- связь, которая присоединена к главной цепи олигомерного или полимерного органического фрагмента.
19. Аккумуляторная батарея по п. 1, где органический фрагмент является олигомерным или полимерным и сероорганическое соединение включает, по меньшей мере, одну -S-S- связь, которая введена в главную цепь олигомерного или полимерного органического фрагмента.
n
20. Электролит, включающий, по меньшей мере, один неводный полярный апротонный растворитель или полимер, по меньшей мере, одну электропроводящую соль и, по меньшей мере, одно сероорганическое соединение, состоящее, по меньшей мере, из одного органического фрагмента и, по меньшей мере, одной -S-S- связи, где n представляет собой 0 или целое число, равное 1, или большее целое число.
n
21. Катод, включающий a) элементарную серу, элементарный селен или смесь элементарных халькогенов, b) по меньшей мере, одну электропроводящую добавку, c) и, по меньшей мере, одно сероорганическое соединение, включающее, по меньшей мере, один органический фрагмент и, по меньшей мере, одну -S-S- связь, где n представляет собой 0 или целое число, равное или больше 1.
22. Катод по п. 21 в комбинации с токосъемником.
23. Катод по п. 21, где, по меньшей мере, одна электропроводящая добавка включает, по меньшей мере, один из таких материалов, как графит, углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна, графен, углеродная сажа или нагар.
24. Катод по п. 21, дополнительно включающий, по меньшей мере, одно связующее вещество.
n
25. Анод, включающий в себя активный материал анода, содержащий натрий, литий, калий или магний или сплав или композит, по меньшей мере, одного из металлов натрия, лития, калий или магния, по меньшей мере, с одним другим металлом, для обеспечения ионами, где анод дополнительно включает, по меньшей мере, одно сероорганическое соединение или анод был предварительно обработан с помощью, по меньшей мере, одного сероорганического соединения, включающего, по меньшей мере, один органический фрагмент и, по меньшей мере, одну -S-S- связь, где n представляет собой 0 или целое число, равное или больше 1.