Bor in energiebezogenen Prozessen und Anwendungen

Abstract

Direkt an der Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen angesiedelt, nimmt das Element Bor eine einzigartige Position im Periodensystem ein. Diese besondere Stellung ermöglicht eine enorme Vielfalt an chemischen Reaktionen und Anwendungen. Auch in Hinblick auf die stetig steigende Nachfrage an erneuerbaren und sauberen Energien bzw. energieeffizienten Prozessen ist das Element Bor mehr und mehr in den Fokus der energiebezogenen Forschung gerückt und umfasst mittlerweile Bereiche wie 1) die Aktivierung und Synthese kleiner energiereicher Moleküle, 2) die Speicherung von chemischer und elektrischer Energie und 3) die Umwandlung von elektrischer Energie zu Licht. Diese Anwendungen basieren hierbei auf den besonderen Eigenschaften des Elements Bor, d. h. vor allem auf dessen Elektronenmangel in Verbindung mit der Gegenwart eines unbesetzten p‐Orbitals, was die Ausbildung unzähliger Verbindungen mit gezielt beeinflussbaren chemischen und physikalischen Eigenschaften ermöglicht. So erreicht Bor beispielsweise mit vier kovalenten Bindungen und einer negativen Ladung relativ einfach ein Elektronenoktett, wodurch die Verbindungsklasse der Boratanionen zugänglich wird, welche eine außergewöhnlich hohe chemische und elektrochemische Stabilität aufweisen. Besonders hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang die synthetisch wertvolle Klasse der schwach‐koordinierenden Anionen. Dieser Aufsatz soll die Bedeutung von Borverbindungen für energiebezogene Prozesse und Anwendungen verdeutlichen und fasst die Fortschritte der letzten Jahre auf diesem Gebiet zusammen.

Cyano(fluoro)borate and cyano(hydrido)borate ionic liquids: low-viscosity ionic media for electrochemical applications

“…33,53–55 Again, potential applications have been investigated, for example Li[BF(CN) 3 ] was tested as component of non-aqueous electrolytes for lithium batteries. 28,56–59 Furthermore, the follow-up chemistry of cyano(fluoro)borate anions allows the synthesis of unprecedented and often otherwise inaccessible boron species, which include the homoleptic cyanoborate anions [B 2 (CN) 6 ] 2–60,61 and B(CN) 3 2− , 62–64 the weakly coordinating borate anion [B(CF 3 ) 4 ] − 65,66 and the [B(CO 2 H) 4 ] − ion. 67…”

“…for optoelectronic devices, 24,25 such as batteries, supercapacitors, [26][27][28][29] and dye-sensitized solar cells (DSSCs), 29,30 have been studied intensively and many patents have been filed. 21,31 The introduction of cyanoborate-ILs as new reaction media for ionothermal synthesis provided an entree to novel materials with appealing properties, that often contain cyanoborate anions as integral component. 32,33 The strong electron withdrawing effect of the cyano group results in a higher stability of cyanoborate anions, in general, which is the reason for the beneficial properties of cyanoborate-ILs.…”

Alkylcyanoborate Anions: Building Blocks for Fluorine‐Free Low‐Viscosity, Electrochemically and Thermally Stable Ionic Liquids

“…Disadvantageously, salts with the [BF 4 ] − anion and similarly with the [PF 6 ] − anion can decompose through hydrolysis under exposition of toxic HF, which for example is a drawback of their application in battery electrolytes [16] . Many of the borate anions that have been developed especially for electrochemical applications contain fluorine either at boron or in a substituent at boron [10e,13a,c,17] . Currently, interest in compounds that are fluorine‐free or that have a low fluorine content is growing, [18] especially since substances with per‐ or polyfluorinated alkyl chains (PFAS) are under debate because of environmental concerns.…”

Lead(II) Tetracyanidoborates with Pb2O2 Dimers Embedded in Network Structures

“…Especially ionic liquids have been in the focus of interest since they provide low viscosities, low melting points, and viscosities in combination with large electrochemical windows and high thermal stability [2,3] . Because of these advantageous properties, TCB ‐ILs have been studied for diverse materials applications ranging from dye‐sensitized solar cells (DSSCs, Grätzel cells), components of membranes to battery electrolytes, [1b,7] which also explains the industrial interest in TCB salts and related cyanidoborate salts [8] and especially ionic liquids, in general [2,3,9] . Tetracyanidoborates have also been used as starting materials for the synthesis of salts of other borate anions, containing for example the [B(CF 3 ) 4 ] − , [B(CO 2 H) 4 ] − , [BH(CN) 3 ] − , or the [BH 2 (CN) 2 ] − anion [6b,10] …”