[发明专利]联吡啶类化合物、合成方法及其对称性液流电池系统

说明书

本发明公开了一种联吡啶类化合物、合成方法及其对称性液流电池系统，含TEMPO的联吡啶类化合物的合成方法，包括：在强碱条件下，化合物A与4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶‑1‑氧自由基进行反应，得到产物为含TEMPO的联吡啶类化合物B，其化学反应式如式(1)所示：该含TEMPO的联吡啶类化合物的合成方法操作方便，得到的含TEMPO的联吡啶类化合物能够作为液流电池的正极活性物质及负极活性物质。

技术领域

本发明属于液流电池领域，具体涉及一种含TEMPO的联吡啶类化合物的合成方法，通过该合成方法制备得到的含TEMPO的联吡啶类化合物，具有该含TEMPO的联吡啶类化合物的对称性液流电池系统，该电池系统可应用于大规模化学储能。

背景技术

随着人类经济快速发展，环境污染和能源短缺等问题日益加剧，促使世界各国广泛开发利用风能、太阳能、潮汐能等可再生能源。然而这些可再生能源具有不连续、不稳定、受地域环境限制和并网难的特性，导致其利用率低，弃风弃光率高，浪费资源。因此需要大力发展可与其配合使用的高效、廉价、安全可靠的储能技术。

在各种电化学储能策略中，相对于静态电池比如锂离子电池和铅酸电池，液流电池(Redox Flow Batteries,RFBs)有几个特别的技术优点，最适于大规模(兆瓦/兆瓦时)的电化学能源储存，比如相对独立的能量和功率控制、大电流大功率运行(响应快)、安全性能高(主要是指不易燃烧和爆炸)等。氧化还原活性物质是液流电池能源转化的载体，也是液流电池中最核心的部分。传统液流电池利用无机材料作为活性物质(例如钒系液流电池)，然而，无机材料成本高、毒性、资源有限、形成枝晶和电化学活性低等缺点限制了液流电池的大规模应用。有机活性物质由于具有成本低、“绿色”、资源丰富、分子能级易于调节和电化学反应快等优点，引起了国内外的广泛关注。水系有机液流电池的电解液具有不可燃的优点，运行起来更为安全。另外，在水系有机液流电池中，电解液导电率高，电化学反应速率快，输出功率高。因此，水系有机液流电池是一种理想的大规模储能技术。

大多数水相有机液流电池在阴极和阳极使用不同的电化学活性物质，充放电过程中，很容易造成电解液的交叉污染，从而缩短了电池的使用寿命。与此同时，活性材料(有机物)的溶解度、操作电流密度低、水电解副反应等也同时影响了水相有机液流电池的寿命。因此，开发使用高水溶性和稳定的有机活性物质对于扩展有机液流电池化学空间(例如开路电压、能量密度和稳定性等)具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种含TEMPO的联吡啶类化合物的合成方法，该含TEMPO的联吡啶类化合物的合成方法操作简单，能够制备得到同时具有4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(4-Hydroxy-TEMPO)和4，4’-联吡啶两种氧化还原活性基团的联吡啶类化合物。

本发明还提出一种含TEMPO的联吡啶类化合物，该含TEMPO的联吡啶类化合物能够应用于液流电池。

本发明还提出一种对称性液流电池系统，该对称性液流电池系统内包含有含TEMPO的联吡啶类化合物，含TEMPO的联吡啶类化合物可作为负极活性物质和正极活性物质，在充放电过程中，不会造成电解液的交叉污染。

根据本发明第一方面实施例的含TEMPO的联吡啶类化合物的合成方法，包括以下步骤：在强碱条件下，化合物A与4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基进行亲核取代反应，得到产物为含TEMPO的联吡啶类化合物B，其化学反应式如式(1)所示：