[发明专利]水性纳米聚合物液流电池系统

权利要求书

1.一种水性纳米聚合物液流电池系统，其特征在于，包括正极活性物质和负极活性物质，其中TEMPO功能化聚合物纳米颗粒作为所述正极活性物质，紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒作为所述负极活性物质，所述TEMPO功能化聚合物纳米颗粒的化学结构式为：

所述紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒的化学结构式为：

2.根据权利要求1所述的水性纳米聚合物液流电池系统，其特征在于，所述TEMPO功能化聚合物纳米颗粒的制备包括以下步骤：

以含正极活性分子的2-甲基-2-丙烯酸-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶甲酯、水溶性的(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵为单体，水溶性引发剂引发自由基聚合反应制备得到所述TEMPO功能化聚合物纳米颗粒，其化学反应式如式(1)所示：

3.根据权利要求2所述的水性纳米聚合物液流电池系统，其特征在于，所述TEMPO功能化聚合物纳米颗粒的制备包括以下具体步骤：

S11、将2-甲基-2-丙烯酸-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶甲酯和水溶性的(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵混合后加入去离子水溶剂，在N₂氛围下加热搅拌除氧，再滴加引发剂的水溶液进行反应；

S12、反应结束后停止加热，冷却至室温后将反应液倒入烧杯中，加入H₂O₂和Na₂WO₄的水溶液，室下温搅拌反应，反应混合溶液最终变成黄色，并形成一层白色泡沫浮在上层，再加入H₂O₂溶液，继续室温下搅拌反应；

S13、将反应液用截留分子量为3500的透析袋透析，冷冻干燥得所述TEMPO功能化聚合物纳米颗粒。

4.根据权利要求2所述的水性纳米聚合物液流电池系统，其特征在于，引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的水性纳米聚合物液流电池系统，其特征在于，2-甲基-2-丙烯酸-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶甲酯与水溶性的(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵的单体摩尔投料量比为1.0～1.5。

6.根据权利要求1所述的水性纳米聚合物液流电池系统，其特征在于，所述紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒的制备包括以下步骤：

以4,4’-联吡啶为原料，逐步合成含负极活性分子的SVBD单体小分子，再引入水溶性的(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵单体和SVBD单体小分子发生共聚反应，制备得到水溶性较好的所述紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒，其化学反应式如式(2)至式(4)所示：

7.根据权利要求6所述的水性纳米聚合物液流电池系统，其特征在于，所述紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒的制备包括以下步骤：

S21、将4,4’-联吡啶和4-氯甲基苯乙烯混合后加入乙腈溶剂，在N₂氛围下加热搅拌反应，待溶液为黄色浊液后停止反应，降至室温，析出黄色粉末状沉淀，将反应液抽滤，分别采用乙腈和丙酮进行洗涤，真空干燥，得白色粉末状固体乙烯基苯甲基-4,4'-联吡啶氯盐；

S22、将经过步骤S21制备得到的乙烯基苯甲基-4,4'-联吡啶氯盐和1,3-丙烷磺内酯混合后加入N,N’-二甲基甲酰胺溶剂，在N₂氛围下加热冷凝反应，待反应完全后，停止加热，降至室温后将反应液倒入到含有冰的乙酸乙酯中沉淀，析出粉红色固体，抽滤，经过乙酸乙酯洗涤、真空干燥后得到粉红色固体SVBD；

S23、将制备得到的SVBD单体和(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵混合后加入去离子水溶剂，在加热条件下持续充N₂除氧，再加入水性引发剂的水溶液，保持加热条件进行反应，待反应结束后停止加热，得到黄色浊液，用截留分子量为3500的透析袋去离子水透析，冷冻干燥，得到橙黄色的固体，该固体即为所述紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒。