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Ionic liquds

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by

인규 최

on 17 September 2012

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Transcript of Ionic liquds

Ionic liquid Ionic liquids ? Ionic liquids의 특성 물리화학적 특성 이온만으로 구성된 액체
질소포함, 양이온과 음이온으로 구성
상온에서 액체로 존재-RTIL
매우 낮은 휘발성 비휘발성
비가연성
400℃까지 액체안정성
유기물과 무기물에 대한 용매화 능력
금속에 대한 비배위 결합성
높은 전기 전도성 독특한 화학적, 물리적, 전기적 특성을 갖는 신 개념 청정매체 2000년대 초반 전 세계 과학자들의 이목을 집중
기존의 "염(salt)"은 고체(solid)"의 상식을 뒤엎음
1948년 1-ethylpyridinium halide와 AlCl3의 용유염이 알려짐
1990년이후 [EMIM]Cl/AlCl3의 발견으로 다양한 이온성액체합성
현재, 단순히 양이온-음이온의 조합을 넘어
고분자, 올리고머, 양쪽성분자 , 덴드리머등 다양하게 합성 비휘발성, 무독성, 비가연성
우수한 열적 안정성
이온 전도도
넓은 온도에서 액체로 존재
이용목적에 따라 양/음이온 변화시켜 특성 최적화
양이온 음이온 조합으로 10^18개 이상제조 가능
양이온 음이온 선택에 따라 특성이 달라지므로 "Designer solvents" 녹는점 양이온과 음이온의 종류에 따라 달라짐
크기, 모양, 치환체, 전하가 퍼져있거나 띠지 않는 부분이 분자내에 존재할때 결정의 격자 에너지는 줄어들과 녹는점의 강하로 이어짐 열적 안정성 일반적으로 상압에서 온도올리면 기체
but, ILs의 경우 온도 올리면 분해
분해온도는 양이온과 음이온의 구조에 따라 달라짐,
양이온이나 음이온에 ester, ketone, alcohol 등
작용기 존재는 ILs의 열적 안정성 감소 전기화학적 특성 그 자체로 전해질과 전해질 용매로 동시에 작용

점도가 일반적인 유기용매나 물보다 큰 값을 가지고 있어 이온전도도는 상대적으로 크지 않음

이차전지, 태양전지 및 연료전지의 성능과 밀접한 관계 응용분야 전해질로서 적합한 성질들
높은 이온전도도, 넓은 액체 온도범위, 비휘발성, 비 폭발성

리튬이차전지
유기용매의 휘발에 의한 전해질의 고갈 현상에 따른
성능 저하 및 전지의 폭발의 문제점
-> 이온성 액체나 불소화된 유기물이
유기용매 전해질을 대체할수 있는 차세대 전해질로 급부상 유기용매 전해질을 사용할 경우
Photovoltaic device에서 얻어지는
light to electricity conversion
의 효율이 10%까지 증대
device의 module에 존재하는
전해질이 새거나 휘발하는 등의 단점.
스위스 Grazel사
이온성액체와 PVdF-HFP를 혼합한
고분자-젤 이온성액체로
5.3%의 에너지 전환율을 얻음 한국과학기술연구원, 한국에너지기술연구원 등
출연연구기관과 대학을 중심으로
적극적인 기술 개발이 진행.

국내 연료전지 연구는 실증실험 단계로 초보적인 수준
핵심 소재 및 부품 제조기술은 거의 외국에 의존
상대적으로 작은 부피와
낮은 온도에서 작동하는 연료전지의 개발이 절실. Pd, Rh, Ir 과 같은 귀금속 촉매 고정시키는 능력이 뛰어남

이온성액체를 촉매 반응의 용매로 사용한 예

Chauvin그룹의 Rh촉매 방향족 화합물과 acetyl chloride간의
Freidel-Crafts 반응으로부터
para isomer의 수율을 99%까지 증가 기체 분리 Davis Jr. group. - CO2 분리 이용
이온성액체의 알킬기를 아민기로 치환하여
CO2와 가역적으로 반응할수 있는
새로운 특정목적의 이온성액체
(task specific ionic liquid :TSIL) 개발 액액 분리 물 대신 증기압이 거의 없는
[bmim]BF4 와 같은 이온성 액체를
용매로 사용하면 분리 후 수분을 제거할 필요가 없고
올레핀 분리효율과 Ag+이온의 안정성이 향상 졸-겔 공정에 유기용매 대신 이온성액체를 도입하는 경우
용매의 증발속도를 제어, 완전한 gel network가 얻어짐
에어로젤 합성의 마지막 단계인
초임계 건조공정 생략할 수 잇어 장치비의 절감을 가져옴
Oak Ridge National Lab.의 S.Dai그룹 이온성액체의 뛰어난 용해성질과 관련
가장 획기적인 결과중 하나가 셀룰로오즈에 대한 용해도
2002년 Robin D.Rogers 교수
이미다졸륨계 이온성액체를 사용하여
셀룰로오즈를 용해/재생하는 연구내용 발표
2005. US Presidentail Green Chemistry Challenge Awards
관련 기술은 독일 BASF 사로 이전
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