БАТАРЕЯ НА ОСНОВЕ СЕРАОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1. Батарея, содержащая:
a) анод, содержащий анодный активный материал, включающий натрий, литий или сплав, или композицию по меньшей мере одного из натрия или лития с по меньшей мере одним другим металлом для обеспечения ионов;
b) катод, содержащий катодный активный материал, содержащий элементарную серу, элементарный селен или смесь элементарных халькогенов; и
c) промежуточный разделительный элемент, размещенный между анодом и катодом, задействованный для разделения растворов жидкого или гелеобразного электролита, соприкасающихся с анодом и катодом, через которые ионы металла и их противоионы перемещаются между анодом и катодом во время циклов зарядки и разрядки батареи;
при этом растворы жидкого или гелеобразного электролита содержат безводный полярный беспротонный растворитель или полимер и проводящую соль и выполняется по меньшей мере одно из условий (i), (ii) или (iii):
(i) по меньшей мере один из растворов жидкого или гелеобразного электролита дополнительно содержит по меньшей мере одно сераорганическое соединение;
(ii) катод дополнительно состоит из по меньшей мере одного сераорганического соединения;
(iii) промежуточный разделительный элемент содержит функционализированный пористый полимер, содержащий по меньшей мере одно сераорганическое соединение;
n
при этом сераорганическое соединение содержит по меньшей мере один органический фрагмент и по меньшей мере одну -S-S- связь, где n является целым числом, равным 1 или больше.
2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение выбирают из группы, состоящей из органических полисульфидов и органических политиолатов и их смесей.
2
3. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение содержит одну или несколько 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. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение выбирают из группы, состоящей из ароматических полисульфидов, полиэфир-полисульфидов, полисульфид-кислой соли и их смесей.
1
2
1
2
n
1
20
5. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение является органическим полисульфидом по формуле R-S-S-R, где R и R независимо являются органическим фрагментом C-C, который может быть линейным, разветвленным или цикличным алифатическим или ароматическим, и который может в качестве дополнения содержать одну или несколько функциональных групп, включающих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл, а n является целым числом, равным 1 или больше.
1
1
1
n
1
20
6. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение является органическим тиолатом по формуле R-S-M или органическим политиолатом по формуле R-S-S-M, где R является органическим фрагментом C-C, который может быть линейным, разветвленным или цикличным алифатическим или ароматическим, и который может в качестве дополнения содержать одну или несколько функциональных групп, включающих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл, где M является литием, натрием, четвертичным аммонием или четвертичным фосфонием, а n является целым числом, равным 1 или больше.
7. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение является дитиоацеталем или дитиокеталем по формулам (I) или (II) или тритиоортокарбоксилатом по формуле (III):
3
1
20
1
20
где каждая R независимо является H или органическим фрагментом C-C, который может быть линейным, разветвленным или цикличным алифатическим или ароматическим и который может в качестве дополнения содержать одну или несколько функциональных групп, включающих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл, а o, p и q независимо являются целым числом, равным 1 или больше, и каждая Z независимо является органическим фрагментом C-C, который может быть линейным, разветвленным или цикличным алифатическим или ароматическим и который может в качестве дополнения содержать одну или несколько функциональных групп, включающих N, O, P, S, Se, Si, Sn, галоген и/или металл; Li, Na, четвертичный аммоний или четвертичный фосфоний.
8. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение является ароматическим полисульфидом по формуле (IV), полиэфир-полисульфидом по формуле (V), полисульфид-кислой солью по формуле (VI) или полисульфид-кислой солью по формуле (VII):
4
5
6
5
1
20
где R независимо является трибутилом или триамилом, R независимо является OH, OLi или ONa, а r равняется 0 или больше в формуле (IV), где ароматические кольца в качестве дополнения подставляются в одну или несколько других позиций с заменителями, отличными от водорода, R является двухвалентным органическим фрагментом в формуле (VI), R является двухвалентным органическим фрагментом в формуле (VII), при этом каждая Z независимо является органическим фрагментом C-C, Li, Na, четвертичным аммонием или четвертичным фосфонием, а o и p независимо равняются целому числу, равному 1 или больше.
9. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение является органо- или органометаллическим полисульфидом, содержащим тритиокарбонатную функциональную группу по формуле (IX), органо- или органометаллическим полисульфидом, содержащим дитиокарбонатную функциональную группу по формуле (X), или органо- или органометаллическим полисульфидом, содержащим монотиокарбонатную функциональную группу по формуле (XI):
1
20
где Z является органическим фрагментом C-C, Na, Li, четвертичным аммонием или четвертичным фосфонием, а o и p независимо равняются целому числу, равному 1 или больше.
n
10. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что раствор жидкого или гелеобразного электролита может дополнительно состоять из диметаллического политиолатного соединения по формуле M-S-S-M, где каждая M независимо является Li, Na, четвертичным аммонием или четвертичным фосфонием, а n является целым числом, равным 1 или больше.
11. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что катод дополнительно состоит из по меньшей мере одной электропроводящей добавки и/или по меньшей мере одного связующего вещества.
12. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение является дополнением главной цепи функционализированного пористого полимера.
13. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что сераорганическое соединение вшито в или формирует часть главной цепи функционализированного пористого полимера.
14. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что органический фрагмент содержит по меньшей мере два атома углерода.
15. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточный пористый разделитель разделяет батарею для формирования секции анолита, связанной с анодом, и секции католита, связанной с катодом, и сераорганическое соединение присутствует по меньшей мере в одной из секций анолита или католита.
2
16. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что безводный полярный беспротонный растворитель или полимер содержит одну или несколько 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. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что проводящая соль соответствует формуле MX, где M является Li, Na или четвертичным аммонием, а X является (CFSO)N, CFSO, CHSO, ClO, PF, NO, AsF или галогеном.
18. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что органический фрагмент является олигомерным или полимерным, а сераорганическое соединение содержит по меньшей мере одну -S-S- связь, которая представляет собой боковую цепь главной цепи олигомерного или полимерного органического фрагмента.
19. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что органический фрагмент является олигомерным или полимерным, а сераорганическое соединение содержит по меньшей мере одну -S-S- связь, которая включена в главную цепь олигомерного или полимерного органического фрагмента.
n
20. Электролит, содержащий безводный полярный беспротонный растворитель или полимер, по меньшей мере одну проводящую соль и по меньшей мере одно сераорганическое соединение, состоящее из по меньшей мере одного органического фрагмента и по меньшей мере одной S-S- связи, где n является целым числом, равным 1 или больше.
n
21. Катод, содержащий a) элементарную серу, элементарный селен или смесь элементарных халькогенов; b) по меньшей мере одну электропроводящую добавку, c) и по меньшей мере одно сераорганическое соединение, содержащее по меньшей мере один органический фрагмент и по меньшей мере одну S-S- связь, где n является целым числом, равным 1 или больше.
22. Катод по п. 21 соединен с токосъемником.
23. Катод по п. 21, отличающийся тем, что по меньшей мере один улучшающий электропроводимость агент содержит графит, углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна, графен, технический углерод или сажу.
24. Катод по п. 21 дополнительно содержит по меньшей мере одно связующее вещество.