联吡啶类化合物、合成方法和具有其的液流电池系统技术方案

本发明专利技术公开了一种联吡啶类化合物、合成方法和具有其的液流电池系统，联吡啶类化合物的合成方法包括：使4,4’‑联吡啶与溴代烷烃反应，得到产物联吡啶类化合物，其化学反应式如式(A)所示：

Bipyridine compounds, synthesis methods and liquid flow battery system

The invention discloses a bipyridine compound, a synthesis method and a liquid flow battery system thereof. The synthesis method of bipyridine compound includes: reacting 4,4 \u2011 bipyridine with bromoalkane to obtain the product bipyridine compound, and the chemical reaction formula is shown in formula (a):

【技术实现步骤摘要】
联吡啶类化合物、合成方法和具有其的液流电池系统
本专利技术属于液流电池领域，具体涉及一种联吡啶类化合物的合成方法、通过该合成方法制备得到的联吡啶类化合物，具有该联吡啶类化合物的全有机水相体系液流电池系统。
技术介绍
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(RedoxFlowBatteries,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。同时，有机类活性材料的使用降低了对膜种类的要求，可以大幅降低成本，为储能电站的装备提供商业化的前景。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。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种联吡啶类化合物的合成方法，该联吡啶类化合物的合成方法操作方便，直接通过卤代烷烃与联吡啶混合，在溶剂中回流一段时间，产物变成固体析出，直接过滤就能得到产品。本专利技术还提出一种联吡啶类化合物，该联吡啶类化合物能够应用于液流电池。本专利技术还提出一种全有机水相体系液流电池系统，该全有机水相体系液流电池系统内包含有联吡啶类化合物，联吡啶类化合物可作为负极活性物质。根据本专利技术实施例的联吡啶类化合物的合成方法，所述的合成方法包括：使4,4’-联吡啶与溴代烷烃反应，得到产物联吡啶类化合物，其化学反应式如式(A)所示：(A)；其中，取代基R1、R2为H、OH、OMe、OEt、CHO、NH2、N(Me)2、N(Et)2、F、Cl、Br、CN、NO2、COOH、SO3H或接枝高分子类化合物中的一种；n代表烷基链的长短。根据本专利技术一个实施例，n为1～16中的一种，所述联吡啶类化合物的分子为对称或不对称结构。根据本专利技术一个实施例，所述化学反应式A中，所述溴代烷烃与4,4’-联吡啶的摩尔比为1：1时，产物为单取代产物，所述溴代烷与4,4’-联吡啶的摩尔比2：1～4：1时为对称双取代产物。根据本专利技术一个实施例，所述的联吡啶类化合物的合成方法还包括：加入乙腈作为反应溶剂。根据本专利技术一个实施例，反应在加热回流下进行，加热温度为60℃～65℃。根据本专利技术第二方面实施例的联吡啶类化合物，所述联吡啶类化合物由根据权利要求1-5中任一项所述的联吡啶类化合物的合成方法制备而成。根据本专利技术第三方面实施例的全有机水相体系液流电池系统，包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开设置，每个所述电解液储液库为储存有电解液的储液罐或者盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，一所述电解液储液库内的所述电解液包含正极活性物质，另一所述电解液储液库内的所述电解液包含负极活性物质，所述正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中；液流电池堆，所述液流电池堆包括电池隔膜，所述电池隔膜将所述液流电池堆分隔为间隔开分布的阳极区和阴极区，所述阳极区与一所述电解液储液库连通，所述阴极区与另一所述电解液储液库连通，所述正极活性物质为2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物类化合物，所述负极活性物质为上述任一实施例所述的联吡啶类化合物。根据本专利技术一个实施例，所述正极活性物质的化学式如下；其中，取代基R选自OH、OMe、OEt、CHO、NH2、N(Me)2、N(Et)2、N(Me)3+、F、Cl、CN、NO2、COOH、SO3H或其它接枝高分子类化合物中的一种。根据本专利技术一个实施例，所述正极活性物质的浓度为0.1mol·L-1～3.0mol·L-1，所述负极活性物质的浓度为0.1mol·L-1～4.0mol·L-1。根据本专利技术一个实施例，所述储液罐为压力0.1MPa～0.5MPa的加压密封容器。根据本专利技术一个实施例，所述正、负极电解液储液库内通入惰性气体进行吹扫和维持压力。根据本专利技术一个实施例，所述惰性气体为氮气或氩气。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜或者是孔径为10nm～300nm的聚合物多孔膜。根据本专利技术一个实施例，所述电解液还包含支持电解质，所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2SO4盐溶液、K2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO4盐溶液、CaCl2盐溶液、NH4Cl盐溶液中的至少一种。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质的摩尔浓度为0.1mol·L-1～8.0mol·L-1。根据本专利技术一个实施例，所述阳极区和所述阴极区内分别设有电极，所述正、负电极为碳材料电极。根据本专利技术一个实施例，所述碳材料电极为碳毡、碳纸、碳布、炭黑、活性炭纤维、活性炭颗粒、石墨烯、石墨毡、玻璃碳材料中的一种或几种的复合物。根据本专利技术一个实施例，所述电极形成为电极板，所述电极板的厚度为2mm～8mm。根据本专利技术一个实施例，所述的全有机水相体系液流电池系统还包括：集流体，所述集流体分别设于所述液流电池堆的两侧，所述集流体能够将所述液流电池堆的活性物质产生的电流汇集并传导至外部导线。根据本专利技术一个实施例，所述集流体为导电金属板、石墨板或者碳塑复合板中的一种。根据本专利技术一个实施例，所述导电金属板包含铜、镍、铝中的至少一种金属。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的全有机水相体系液流电池系统的结构示意图；图2是根据本专利技术一实施例中的1,1'-双(3-(三甲氨基)丙基)-[4,4'-联吡啶]四溴盐的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联吡啶类化合物的合成方法，其特征在于，所述的合成方法包括：/n使4,4’-联吡啶与溴代烷烃反应，得到产物联吡啶类化合物，其化学反应式如式(A)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种联吡啶类化合物的合成方法，其特征在于，所述的合成方法包括：
使4,4’-联吡啶与溴代烷烃反应，得到产物联吡啶类化合物，其化学反应式如式(A)所示：



(A)；其中，取代基R1、R2为H、OH、OMe、OEt、CHO、NH2、N(Me)2、N(Et)2、F、Cl、Br、CN、NO2、COOH、SO3H或接枝高分子类化合物中的一种；n代表烷基链的长短。


2.根据权利要求1所述的联吡啶类化合物的合成方法，其特征在于，n为1～16中的一种，所述联吡啶类化合物的分子为对称或不对称结构。


3.根据权利要求1所述的联吡啶类化合物的合成方法，其特征在于，所述化学反应式A中，所述溴代烷烃与4,4’-联吡啶的摩尔比为1：1时，产物为单取代产物，所述溴代烷与4,4’-联吡啶的摩尔比为2：1～4：1时为对称双取代产物。


4.根据权利要求1所述的联吡啶类化合物的合成方法，其特征在于，还包括：加入乙腈作为反应溶剂。


5.根据权利要求1所述的联吡啶类化合物的合成方法，其特征在于，反应在加热回流下进行，加热温度为60℃～65℃。


6.一种联吡啶类化合物，其特征在于，所述联吡啶类化合物由根据权利要求1-5中任一项所述的联吡啶类化合物的合成方法制备而成。


7.一种全有机水相体系液流电池系统，其特征在于，包括：
两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开设置，每个所述电解液储液库为储存有电解液的储液罐或者盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，一所述电解液储液库内的所述电解液包含正极活性物质，另一所述电解液储液库内的所述电解液包含负极活性物质，所述正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中；
液流电池堆，所述液流电池堆包括电池隔膜，所述电池隔膜将所述液流电池堆分隔为间隔开分布的阳极区和阴极区，所述阳极区与一所述电解液储液库连通，所述阴极区与另一所述电解液储液库连通，所述正极活性物质为2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物类化合物，所述负极活性物质为根据权利要求6所述的联吡啶类化合物。


8.根据权利要求7所述的全有机水相体系液流电池系统，其特征在于，所述正极活性物质的化学式如下；



其中，取代基R选自OH、OMe、OEt、CHO、NH2、N(Me)2、N(Et)2、N(Me)3+、F、Cl、CN、NO2、COOH、SO3H或其它接枝高分子类化合物中的一种。


9.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩俊甜，崔耀星，苏志俊，武奕，徐俊辉，陈留平，李丹，
申请(专利权)人：中盐金坛盐化有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32