[发明专利]一种磺酸酯基二茂铁衍生物及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种磺酸酯基二茂铁衍生物及其合成方法和应用。这种磺酸酯基二茂铁衍生物可以用作液流电池的正极活性物质。本发明设计合理，本发明合成的磺酸酯基二茂铁衍生物活性物质相较于二茂铁，溶解度和氧化还原电位都得到了进一步的提高，可以作为液流电池的正极活性物质。其电化学性能稳定，液流电池在长时间运行后，电池效率和电池容量依然保持较高水平；采用天然盐穴作为电解液储库，具有容量大、成本低、安全环保的优势，适用于大规模的储能电站。

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，尤其是一种磺酸酯基二茂铁衍生物及其合成方法和应用。

背景技术

不断增长的能源需求使得大范围更有效的利用一些可再生能源如风能、太阳能和潮汐能成为必要。但是可能再生能源发电具有波动性、间歇性和随机性，使得可能再生能源发电与电网的无缝对接成为问题，而储能是实现可再生能源高比例接入电网的必要手段。在各种储能技术中，液流电池技术是一种很有应用前景的电池，具有容量大、安全性高、寿命长、效率高等优势，因此是大规模储能技术的首选。

盐腔是地下盐层利用水溶性开采盐矿后的地下空穴，具有容量大、密封性能好、渗透系数小等优点，常用来储存石油、天然气等。液流电池需要较大的储罐来储存电池解液，占地面积大，利用地下盐穴作储罐储存液流电池电解液，正好解决了这一问题，同时实现了盐穴资源的综合利用。目前发展较为成熟的液流电池主要采用的是无机类型的电解质，如钒液流电池和锌溴液流电池等，但是面临着强酸体系或者活性物质毒性较大等问题，对生态环境影响较大。近年来，一种有机水相液流电池，由于其电解质具有丰富的选择，中性水相电解液既环保而且廉价，且不易燃，被认为是液流电池中比较有应用前景的一种。二茂铁是一种低毒性有机金属类化合物，价格便宜，但是其水溶性低，限制了其在水相液流电池中的应用。本发明针对这一问题，提出了一种磺酸酯基二茂铁衍生物、合成方法及在水性液流电池中的应用，提高了二茂铁的水溶性和氧化还原电位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种磺酸酯基二茂铁衍生物及其合成方法和应用，本发明合成的磺酸酯基二茂铁衍生物提高了二茂铁在水溶液中的溶解度，电化学性能稳定，提高了液流电池的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磺酸酯基二茂铁衍生物，其化学结构式如下，将所述磺酸酯基二茂铁衍生物用作盐穴液流电池的正极活性物质；

其中，取代基R为含有C、N、O、S、H、卤素的直链、支链和环状结构单元。

一种磺酸酯基二茂铁衍生物的合成方法，包括以下步骤：

S1、将二茂铁和乙酸酐混合搅拌至二茂铁完全溶解，向内缓慢滴加氯磺酸，快速搅拌反应一段时间后抽滤，滤液加入100mL冰水，旋干混合液，所得固体溶于氨水中抽滤，调节滤液pH值至弱酸性，旋干可得磺酸二茂铁；

S2、在将步骤S1所得产物溶于无水二氯甲烷中得到A溶液，将草酰氯溶于无水二氯甲烷后缓慢滴加入A溶液中反应一段时间，结束后旋干溶剂得磺酰二茂铁；

S3、将步骤S2所得产物溶于无水二氯甲烷中，向内滴加烷基醇反应一段时间，反应结束后旋干溶剂得磺酸酯基二茂铁衍生物。

进一步地，所述步骤S1中的反应物摩尔比为：二茂铁：乙酸酐：氯磺酸＝1：(2～6)：(0.8～1.5)，反应温度为20～40℃，反应时间为8～48h。采用该反应温度，便于二茂铁、乙酸酐和氯磺酸进行反应。

进一步地，所述步骤S2中的反应物摩尔比为：磺酸二茂铁：草酰氯：二氯甲烷＝1：(0.8～1.5)：(80～120)，反应温度为20～40℃，反应时间为8～48h。

进一步地，所述步骤S3中的反应物摩尔比为：磺酰二茂铁：烷基醇：二氯甲烷＝1：(8～14)：(60～120)，反应温度为20～40℃，反应时间为8～48h。