[发明专利]不对称型双电子紫精化合物的制备方法

说明书

本发明公开一种基于盐穴的双电子化合物液流电池系统，包括正极活性物质和负极活性物质，其中TEMPO‑4‑磺酸钠作为正极活性物质，不对称型双电子紫精化合物作为负极活性物质，正极活性物质和负极活性物质易于制备，反应条件温和，合成路线短，成本低。该双电子化合物液流电池系统能适用于盐穴体系的电池环境，具有环境友好、循环效率高、性质可调控等优点。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，尤其涉及一种不对称型双电子紫精化合物的制备方法。

背景技术

当今世界，能源是人类生存和发展的重要物质基础，是促进经济发展的重要因素。随着人类经济快速发展，对传统化石能源的消耗日益增加，带来了严重的环境污染，因此发展可再生能源成为必不可少的途径。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。

液流电池由于具有安全性高、储能规模大、效率高、寿命长等特点，在大规模储能领域具有很好的应用前景，其相比电容器和固态电池具有更高的能量容量，电池能量储存在活性物质的电解液中，而电解液存放在储液罐内，通过泵循环进入电池室。在充放电过程中，流动的电解质将电解液输送到电池室，发生电化学反应，从而实现化学能和电能之间的转换。这种特殊的结构非常适合大规模蓄电储能需求，可以根据能量的多少调整电解液的含量。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。目前水相有机液流电池仍然面临着一些挑战，如活性材料(有机物)溶解度有限、电解液易交叉污染、操作电流密度低、易发生水电解副反应等。因此，开发克服以上缺点，开发新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，本发明提出一种不对称型双电子紫精化合物的制备方法，所述不对称型双电子紫精化合物作为基于盐穴的双电子化合物液流电池系统的负极活性物质，所述双电子化合物液流电池系统还包括正极活性物质，所述正极活性物质为TEMPO-4-磺酸钠盐，不对称型双电子紫精化合物可作为负极活性物质，在充放电过程中，选用便宜的渗透膜作为离子交换隔离膜，降低了电池成本的同时也提高了电池的离子通过性，进一步提高了该液流电池系统的有效放电容量和能量效率。

根据本发明实施例的双电子化合物液流电池系统，包括正极活性物质和负极活性物质，其中TEMPO-4-磺酸钠盐作为所述正极活性物质，不对称型双电子紫精化合物作为所述负极活性物质，所述TEMPO-4-磺酸钠盐的化学结构式为：

其中，4-OH-TEMPO作为最主要的氧化还原活性位点，在羟基上引入磺酸根来增大TEMPO衍生物在水溶液中的溶解度；通过4-OH-TEMPO与氯磺酸的一步反应得到酸型，再通过碳酸氢钠中和直接制成钠盐，该方法合成路线短，成本低，为该电池体系的规模化打下了基础；

所述不对称型双电子紫精化合物的化学结构式为：

其中，紫精化合物作为主要的氧化还原活性位点，在4号位和4’号位上的两个N上分别引入羟基和磺酸基来增大紫罗碱的分子亲水化；以4,4-联吡啶为原料，通过Menschutkin 反应得到具有双电子特性的不对称型双电子紫精化合物，该方法合成路线简单，原料易得，产物将较于传统的单电子特性的负极活性物质甲基紫精，有两电子得失能力，具有较高的电池电压和理论能量密度，有利于提升电池容量。