一种用于水系液流电池TEMPO-季铵盐的制备方法技术

本发明专利技术涉及液流电池氧化还原活性材料技术领域，具体提供了一种TEMPO

【技术实现步骤摘要】
一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐的制备方法


[0001]本专利技术属于液流电池氧化还原活性材料
，具体涉及一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐的制备。

技术介绍

[0002]风能、太阳能、水能和潮汐能等可再生清洁能源的发电具有波动性、间歇性、不连续性等特征，影响供电系统的稳定性，很难被直接利用。储能技术可以解决对再生能源功率平衡的调度和控制，实现能量的高效转换。
[0003]电化学储能技术具有能量转换效率高、设备安装便捷、建设周期短、投资成本低和维护保养方便等优势，被广泛研究及应用。氧化还原液流电池是一种大规模的高效电化学储能电池，特别是水系液流电池，其采用水溶特作为溶剂，运行时只要不造作失误，未发现有自燃的潜在危险，使用安全，环境友好。
[0004]目前，传统的液流电池仍然基于无机氧化还原物质，主要集中在钒、铬、铁等单一金属基电活性材料，存在金属物料稀有成本高、电解液腐蚀性强、动力学慢和枝晶等缺点。因此，具有良好电化学性能的有机材料逐渐被应在液流电池中，通过有机活性材料发生氧化还原反应进行储能，不需要催化剂的参与反应。有机活性材料可人为设计分子结构，通过有机官能团的电子效应调整，添加亲水性基团提高溶解度，也可通过调节分子大小或者分子上的电荷密度降低跨膜效应。于是，用有机活性分子材料代替金属离子作为液流电池正负极的活性物质是活性物质开发的一个重要突破口。
[0005]在少数的正极体系中，TEMPO具有高度可逆的1电子稳定存储能力和较高的氧化还原电位，展示出正极电活性材料应用的巨大潜力。但受到限于分子骨架的疏水性，TEMPO无法用于水相液流电池。针对该问题，本专利技术提供的一种TEMPO
‑
季铵盐的有机活性材料，通过改善其水溶性，可应用在中性体系的水系液流电池中，不会对设备、管道造成不利影响，降低膜渗透率，减少工业化生产的成本，符合未来可持续绿色能源储能的发展战略。
[0006]据报道，专利CN109803955A公布了一种TEMPO
‑
季铵盐的合成方法，由4
‑
氨基烷基哌啶基化合物与有机氯化物为原料，在非质子有机溶剂中加热制备TEMPO
‑
季铵盐。区别于专利CN109803955A，本专利技术采用4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶、1,3
‑
二氯丙烷、双氧水依次进行反应，在合成过程中的反应以及后处理工序简单易操作，催化剂可以过滤分离，循环使用，符合绿色生产的理念。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术公开了一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐的制备方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐，结构式如式（I）所示：
（I）；所述TEMPO
‑
季铵盐的分子式为C
25
H
52
Cl2N4O2。
[0009]进一步地，包括以下步骤：S1：将4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶与四甲基丙二胺加入极性溶剂中进行亲核置换反应，得到二氯盐；；S2：在催化剂作用下，二氯盐与过氧化物在溶剂中发生氧化反应，得到TEMPO
‑
季铵盐；。
[0010]进一步地，步骤S1中，所述4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶与四甲基丙二胺的摩尔比为1：0.2
‑
1；所述4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶和四甲基丙二胺总质量占4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶、四甲基丙二胺和极性溶剂总质量的10
‑
90%。
[0011]进一步地，步骤S1中，所述极性溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基亚砜、甲醇、乙醇中的一种或多种。
[0012]进一步地，步骤S1中，所述亲核置换反应的温度为70
‑
150℃，亲核置换反应的时间为8
‑
24h。
[0013]进一步地，步骤S2中，所述二氯盐与过氧化物与催化剂的摩尔比为1：3
‑
12：0.006
‑
0.12；所述二氯盐、过氧化物和催化剂总质量占二氯盐、过氧化物、催化剂和溶剂总质量20
‑
80%。
[0014]进一步地，步骤S2中，所述溶剂为水。
[0015]进一步地，步骤S2中，所述过氧化物为双氧水。
[0016]进一步地，步骤S2中，所述催化剂为硫酸镁、氢氧化镁、钨酸钠、氯化铜、氯化亚铜中的一种或多种。
[0017]进一步地，步骤S2中，所述氧化反应的温度为40
‑
90℃，氧化反应的时间为8
‑
72h。
[0018]本专利技术的有益效果为：1、本专利技术制备目标产物的亲核置换反应，使用水作溶剂，溶剂绿色环保，符合绿色生产的理念。
[0019]2、本专利技术反应以及后处理的整体工序简单易操作，环境友好，易于放大，比较适合
工业化生产。
[0020]3、本专利技术的制备方法原料转化率较高，产品纯度高，催化剂可以过滤分离，循环使用，具有较高的经济价值。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1步骤S1中制备得到的目标产物的HNMR图谱；图2为本专利技术实施例1步骤S2中制备得到的目标产物的HNMR图谱；图3为电化学性能测试的简化结构示意图；图4为本专利技术实施例1制备的目标产物的库伦效率、电压效率、能量效率与循环次数图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0023]实施例1S1：向四颈圆底烧瓶中投入175g 4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶，65g 四甲基丙二胺与250g N,N
‑
二甲基甲酰胺，在氮气氛中，先升温至80℃反应4h，再升高温度至150℃，保温反应18h后，降至40℃进行抽滤，洗涤，干燥，得到240g白色中间体二氯盐。
[0024]图1所示为结构式I所示的核磁氢谱图。1H NMR(400MHz，D2O) δ= 3.76(m, 2H),3.24(s, 1H), 3.08(d, 16H), 2.18(t, 4H), 1.89(s, 1H), 1.73(t, 2H), 1.43(t, 2H), 1.22(m, 24H)。
[0025]S2：将240g二氯盐和2g氢氧化镁溶于250g水中，升温至6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐，其特征在于，结构式如式（I）所示：（I）；所述TEMPO
‑
季铵盐的分子式为C
25
H
52
Cl2N4O2。2.一种如权利要求1所述的一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶与四甲基丙二胺加入极性溶剂中进行亲核置换反应，得到二氯盐；；S2：在催化剂作用下，二氯盐与过氧化物在溶剂中发生氧化反应，得到TEMPO
‑
季铵盐；。3.根据权利要求2所述的一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶与四甲基丙二胺的摩尔比为1：0.2
‑
1；所述4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶和四甲基丙二胺总质量占4
‑
氯
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶、四甲基丙二胺和极性溶剂总质量的10
‑
90%。4.根据权利要求2所述的一种用于水系液流电池TEMPO
‑
季铵盐的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述极性溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡红云，袁鑫鑫，项瞻峰，姚忠，项瞻波，
申请(专利权)人：宿迁时代储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：