[发明专利]一种用于水系液流电池TEMPO-季铵盐的制备方法

说明书

本发明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‑季铵盐的制备方法，包括如下步骤：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，得到目标产物TEMPO‑季铵盐；本发明主要用双氧水搭配氢氧化镁催化剂；双氧水搭配钨酸钠；叔丁基过氧化氢搭配氯化亚铜来进行氧化得到目标产物；其中用双氧水作氧化剂，氢氧化镁催化剂，水作溶剂，溶剂绿色环保，符合绿色生产的理念，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，减压蒸馏即可得到目标产物，原料转化率高，环境友好，易于放大，比较适合工业化生产。

技术领域

本发明属于液流电池氧化还原活性材料技术领域，具体涉及一种用于水系液流电池TEMPO-季铵盐的制备。

背景技术

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。

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。

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。

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，本发明提供的一种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。

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，本发明采用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。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种用于水系液流电池TEMPO-季铵盐的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

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C₂₅H₅₂Cl₂N₄O₂。

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；

。