[發明專利]一種用于水系液流電池TEMPO-季銨鹽的制備方法

在審

• 申請號: 202111504594.6
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114195704A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 蔡紅云;袁鑫鑫;項瞻峰;姚忠;項瞻波
• 申請（專利權）人: 宿遷時代儲能科技有限公司
• 主分類號: C07D211/94
• 分類號: C07D211/94;H01M8/2404
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 王荷英

本發明涉及液流電池氧化還原活性材料技術領域，具體提供了一種TEMPO?季銨鹽的制備方法，包括如下步驟：S1將4?氯?2,2,6,6?四甲基哌啶與四甲基丙二胺加入極性溶劑中進行親核置換反應，得到二氯鹽；S2在催化劑作用下，二氯鹽與過氧化物在溶劑中發生氧化反應，得到目標產物TEMPO?季銨鹽；本發明主要用雙氧水搭配氫氧化鎂催化劑；雙氧水搭配鎢酸鈉；叔丁基過氧化氫搭配氯化亞銅來進行氧化得到目標產物；其中用雙氧水作氧化劑，氫氧化鎂催化劑，水作溶劑，溶劑綠色環保，符合綠色生產的理念，反應以及后處理工序簡單易操作，催化劑可以過濾分離，循環使用，減壓蒸餾即可得到目標產物，原料轉化率高，環境友好，易于放大，比較適合工業化生產。

技術領域

本發明屬于液流電池氧化還原活性材料技術領域，具體涉及一種用于水系液流電池TEMPO-季銨鹽的制備。

背景技術

風能、太陽能、水能和潮汐能等可再生清潔能源的發電具有波動性、間歇性、不連續性等特征，影響供電系統的穩定性，很難被直接利用。儲能技術可以解決對再生能源功率平衡的調度和控制，實現能量的高效轉換。

電化學儲能技術具有能量轉換效率高、設備安裝便捷、建設周期短、投資成本低和維護保養方便等優勢，被廣泛研究及應用。氧化還原液流電池是一種大規模的高效電化學儲能電池，特別是水系液流電池，其采用水溶特作為溶劑，運行時只要不造作失誤，未發現有自燃的潛在危險，使用安全，環境友好。

目前，傳統的液流電池仍然基于無機氧化還原物質，主要集中在釩、鉻、鐵等單一金屬基電活性材料，存在金屬物料稀有成本高、電解液腐蝕性強、動力學慢和枝晶等缺點。因此，具有良好電化學性能的有機材料逐漸被應在液流電池中，通過有機活性材料發生氧化還原反應進行儲能，不需要催化劑的參與反應。有機活性材料可人為設計分子結構，通過有機官能團的電子效應調整，添加親水性基團提高溶解度，也可通過調節分子大小或者分子上的電荷密度降低跨膜效應。于是，用有機活性分子材料代替金屬離子作為液流電池正負極的活性物質是活性物質開發的一個重要突破口。

在少數的正極體系中，TEMPO具有高度可逆的1電子穩定存儲能力和較高的氧化還原電位，展示出正極電活性材料應用的巨大潛力。但受到限于分子骨架的疏水性，TEMPO無法用于水相液流電池。針對該問題，本發明提供的一種TEMPO-季銨鹽的有機活性材料，通過改善其水溶性，可應用在中性體系的水系液流電池中，不會對設備、管道造成不利影響，降低膜滲透率，減少工業化生產的成本，符合未來可持續綠色能源儲能的發展戰略。

據報道，專利CN109803955A公布了一種TEMPO-季銨鹽的合成方法，由4-氨基烷基哌啶基化合物與有機氯化物為原料，在非質子有機溶劑中加熱制備TEMPO-季銨鹽。區別于專利CN109803955A，本發明采用4-氯-2,2,6,6-四甲基哌啶、1,3-二氯丙烷、雙氧水依次進行反應，在合成過程中的反應以及后處理工序簡單易操作，催化劑可以過濾分離，循環使用，符合綠色生產的理念。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種用于水系液流電池TEMPO-季銨鹽的制備方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于水系液流電池TEMPO-季銨鹽，結構式如式（I）所示：

（I）；

所述TEMPO-季銨鹽的分子式為C₂₅H₅₂Cl₂N₄O₂。

進一步地，包括以下步驟：

S1：將4-氯-2,2,6,6-四甲基哌啶與四甲基丙二胺加入極性溶劑中進行親核置換反應，得到二氯鹽；

；

S2：在催化劑作用下，二氯鹽與過氧化物在溶劑中發生氧化反應，得到TEMPO-季銨鹽；

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