[发明专利]一种平面型双核二茂铁衍生物及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种平面型双核二茂铁衍生物及其合成方法和应用。这种平面型双核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，本发明合成的平面型双核二茂铁衍生物活性物质的结构中具有两个活性中心，在相同浓度条件下能够提供双倍能量密度，且具有离子型结构，该活性物质相较于二茂铁，溶解度得到了进一步地提高，该二茂铁衍生物电化学性能稳定，液流电池在长时间运行电池效率和电池容量依然能够保持较高的水平；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，适合应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，尤其是一种平面型双核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，提出了一种平面型双核二茂铁衍生物、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，同时在相同浓度条件下能够提供双倍能量密度。

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，提供一种平面型双核二茂铁衍生物及其合成方法和应用，本发明合成的平面型双核二茂铁衍生物可减少因平面性好而导致的π-π堆积，增大衍生物溶解度，同时，N原子位置可以引入含亲水基团的柔性链，进一步提高了该衍生物的溶解性；单分子结构中有两个活性中心，在相同浓度条件下能够提供双倍能量密度，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：一种平面型双核二茂铁衍生物，其化学结构式如下，将所述平面型双核二茂铁衍生物用作盐穴液流电池的正极活性物质；

其中，X^-为Cl^-、I^-、Br^-、PF₆^-、BF₄^-、TFSI^-中的一种；R为含有C、N、O、S、H、卤素的直链、支链和环状结构单元。

二茂铁虽具有较好的电化学活性，但其不溶于水，通过修饰后得到的平面型双核二茂铁的衍生物溶解度好，电化学性能优于二茂铁，同时该平面性双核二茂铁衍生物分子具有两个活性中心，在相同浓度条件下能够提供双倍能量密度。

一种平面型双核二茂铁衍生物的合成方法，包括以下步骤：

S1、在冰水浴下将二茂铁、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶解于氯仿中，加入POCl₃，加热反应回流，反应结束后减压旋出氯仿后在冰水浴下加入无水Na₂SO₄粉末将溶液PH值调至中性，抽滤析出的固体，45℃真空干燥，得到红色固体产物，其反应方程式为：