一种多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中的应用。该负极材料用于制备有机液流电池的负极电解液，该六电子转移的活性物质，大幅的提升了有机液流电池的单位摩尔能量密度，为高稳定性高能量密度水系有机液流电池提供了新的设计思路和解决方案。。。

【技术实现步骤摘要】
一种多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中的应用


[0001]本专利技术属于可再生能源存储
，具体涉及一种多电子六氮杂萘类化合 物在水系液流电池中的应用。

技术介绍

[0002]随着石油和煤炭等传统化石燃料的日益消耗，日益严峻的能源危机逐渐引起 人们的关注。此外，化石燃料燃烧产生的硫化物，氮氧化物以及温室气体的排放 会引起诸多问题，例如环境恶化以及全球变暖等。使用可再生能源替代传统的化 石能源被认为是解决这些问题的方案之一。在已知的可再生能源中，风能和太阳 能由于其丰富的储量、较好的可得性和可利用性，使用前景明朗。为了克服由风 能和太阳能的固有间歇性引起的电网不稳定性，调和需求和获得能量的波峰波谷 之间的差异性，具有高能量密度，低成本，高可扩展性和安全性的氧化还原液流 电池被视为解决这一问题的方案之一。
[0003]典型的液流电池主要包括储液罐，电池堆和泵。正极电解液、负极电解液分 别存储于储液罐内，用泵进行推进传导。两电解液通过管道各自循环，交汇于隔 膜两侧，在隔膜两侧的电极发生氧化还原反应，正负两电极连通于电源负载，电 路传递电子，隔膜传递正负离子，形成回路。
[0004]与使用有机电解液的有机系氧化还原液流电池相比，水系氧化还原液流电池 具有更高的离子电导率，因此它们可以允许更高的电流密度，从而满足快速输入 和输出的需求。传统的水系氧化还原液流电池使用无机物质作为活性材料，例如 全钒和溴化锌等。然而，由于高成本、较低的能量密度和腐蚀性，无机活性材料 的使用受到限制。水系有机氧化还原液流电池将能量存储在多种低成本的氧化还 原活性有机材料中，具有解决上述问题的潜力，但其能量密度仍有待提高。
[0005]根据能量密度方程:E＝QV(E代表能量密度，Q为单位体积所含电荷量，V为 电池电压)，提高工作电压是构建高能密度液流电池的一种有效途径，但受到1.23 V的水裂解电压的限制。此外，通过增加电荷密度也可以提高能量密度。据报道， 构建多电子转移分子是实现高电荷转移密度的有效方法。目前研究较多的单电子 转移型活性物质可分为单电子转移型活性物质和双电子转移型活性物质，单电子 转移型活性物质可分为自由基氮氧化物和二茂铁，双电子转移型活性物质可分为 醌类、咯嗪类、吩嗪类和紫精类。相较于单电子活性物质，多电子活性物质在相 同浓度下的电荷密度会成倍增加。即使综合评价其溶解度和电荷转移数，多电子 活性物质提供的认证能量密度也普遍高于单电子活性物质。这对于提升水系有机 液流电池相对较低的能量密度意义重大。然而，到目前为止，多电子活性物质的 种类有限，选择性较少，而具有高稳定性的两电子以上转移活性物质更是处于空 白状态。
[0006]然而，到目前为止，多电子活性物质的种类有限，新型的多电子活性物质有 待进一步开发。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多电子六氮杂萘类化 合物在水系液流电池中的应用，以解决现有技术中水系有机液流电池低能量密度 的问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0009]一种多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中的应用，所述多电子六氮杂 萘类化合物在水系液流电池中作为负极材料，所述多电子六氮杂萘类化合物为氧 化态的多电子六氮杂萘衍生物，所述氧化态的多电子六氮杂萘衍生物的结构式 为：
[0010][0011]所述R为
‑
H、
‑
N(CH3)
3+
、
‑
(CH2)3N(CH3)
3+
、
‑
N(CH3)2、
‑
NH2、
‑
OCH3、
‑
OH、
ꢀ‑
SH、
‑
CH3、
‑
SiH3、
‑
CHO、
‑
COOCH3、
‑
CF3、
‑
CN、
‑
COOH、
‑
COONa、
‑
COOK、
ꢀ‑
COONH4、
‑
CONH2、
‑
PO3H2、
‑
PO3Na2、
‑
PO3K2、
‑
PO3(NH4)2、
‑
SO3H、
‑
SO3NH4、
ꢀ‑
SO3Na、
‑
SO3K、
‑
NO2、烷基链或卤素。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：
[0013]优选的，所述有机液流电池的正极活性物质为铁氰化物、氮氧自由基类有机 物、碘、溴、二茂铁及其衍生物中的一种或多种的组合。
[0014]优选的，所述有机液流电池的电解质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳 酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢锂、氯化钠、氯化钾、硝酸钾、磷酸钾、硫酸钾、硝 酸钠、硫酸钠、磷酸钠水溶液和碘化铵中的一种或者多种的任意组合。
[0015]优选的，所述多电子六氮杂萘类化合物在电解质的浓度为0.001
‑
0.25mol/L。
[0016]优选的，所述水系液流电池以铜板为集流体，石墨板作为流场板，石墨毡或 弹指作为反应电极，正极和负极之间以阳离子交换膜相隔。
[0017]优选的，所述多电子六氮杂萘类化合物的制备方法包括以下步骤：将八水己 酮环己烷溶于溶剂中，加入带有1位、2位或1,2位R取代基的3,4
‑
二氨基苯， 加热回流反应后，获得悬浮液，过滤悬浮液获得沉淀物，依次通过热乙酸、丙酮、 水和乙醇洗涤后，将洗涤产物通过真空干燥获得产物，为氧化态的多电子六氮杂 萘衍生物。
[0018]优选的，所述溶剂为体积比为1:1的冰乙酸和乙醇的混合物。
[0019]优选的，所述八水己酮环己烷和溶剂的比例为1g：(30
‑
100)mL。
[0020]优选的，所述八水己酮环己烷和带有R取代基的3,4
‑
二氨基苯摩尔比为1:3.3。
[0021]优选的，回流加热时间为7
‑
15h，回流加热温度为80
‑
150℃。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术公开了一种多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中的应用。该负 极材料用于制备有机液流电池的负极电解液，该六电子转移的活性物质，大幅的 提升了有机液流电池的单位摩尔能量密度，为高稳定性高能量密度水系有机液流 电池提供了新的设
计思路和解决方案。该材料的六个氮位点提供了在氧化还原反 应中六个活性位点，同时其平面共轭结构为其氧化还原起到稳定作用。该多电子 活性物质比单电子活性物质有巨大的优势，因为在相同的浓度下电荷密度会成倍 增加。综合评价其溶解度和电荷转移数，多电子活性物质提供的认证能量密度也 普遍高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中的应用，其特征在于，所述多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中作为负极材料，所述多电子六氮杂萘类化合物为氧化态的多电子六氮杂萘衍生物，所述氧化态的多电子六氮杂萘衍生物的结构式为：所述R为
‑
H、
‑
N(CH3)
3+
、
‑
(CH2)3N(CH3)
3+
、
‑
N(CH3)2、
‑
NH2、
‑
OCH3、
‑
OH、
‑
SH、
‑
CH3、
‑
SiH3、
‑
CHO、
‑
COOCH3、
‑
CF3、
‑
CN、
‑
COOH、
‑
COONa、
‑
COOK、
‑
COONH4、
‑
CONH2、
‑
PO3H2、
‑
PO3Na2、
‑
PO3K2、
‑
PO3(NH4)2、
‑
SO3H、
‑
SO3NH4、
‑
SO3Na、
‑
SO3K、
‑
NO2、烷基链或卤素。2.根据权利要求1所述的多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池中的应用，其特征在于，所述有机液流电池的正极活性物质为铁氰化物、氮氧自由基类有机物、碘、溴、二茂铁及其衍生物中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的多电子六氮杂萘类化合物在水系液流电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋江选，胡博，范豪，李宏斌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：