[发明专利]一种共轭融合双极性氧化还原活性分子及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及有机电极材料领域，公开了一种共轭融合双极性氧化还原活性分子及其制备方法和应用。本发明的双极性氧化还原活性分子通过将p型和n型氧化还原活性中心共轭融合至一个分子单元内，能实现氧化还原电位的调控，增加其两个氧化还原反应的电压间隙，从而提高氧化还原液流电池的输出电压；并且，这种双极性氧化还原活性分子能用于对称氧化还原液流电池中，同时作为电池正负极电解液中的活性材料，有效减少液流电池的交叉污染现象，从而延长电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及有机电极材料领域，尤其涉及一种共轭融合双极性氧化还原活性分子及其制备方法和应用。

背景技术

氧化还原液流电池(RFBs)是电网储能领域最具前途的电化学储能技术之一，它具备安全、寿命长、配置灵活等显著优势，且其功率和能量密度可以独立配置，被认为是电网储能领域最有前途的存储技术之一。目前正在发展的RFBs在各个方面都有了显著的改善，但仍存在输出电压低、正负极电解液之间交叉污染、活性材料溶解度低等局限性。

与传统的氧化还原活性有机分子(ROMs)不同，有机双极性氧化还原活性分子(BRMs)既可以先失去电子，发生氧化反应，也可以先得到电子发生还原反应，并且两个氧化还原反应可以独立进行并且可逆。因此，在所组成的对称氧化还原液流电池(SRFBs)中，每个半电池组件中可以利用相同的氧化还原活性分子和电解液。这种配置可以有效的降低了液流电池隔膜两侧的化学浓度梯度，从而可以减缓交叉污染现象。即使在充放电过程中，部分两侧活性物质发生渗透，SRFBs也能通过自放电回到初始状态，而不会造成不可逆的影响。这在理论上有利于提高BRMs的利用效率，延长和RFBs的寿命。这些显著的特性使得SRFBs在存储技术方面具有广阔的应用前景。

目前，BRMs的研究主要集中在筛选和探索新的具有多组氧化还原反应的新分子，以及对已有的BRMs进行修饰以提高其溶解度和稳定性。改性策略包括形成双极性共晶混合物，通过共价键结合不同类型的氧化还原活性分子或者通过引入功能化官能团等改善溶解度或稳定性。这些策略扩展了BRMs在RFBs中的应用，改善了材料的溶解度或结构稳定性。然而，目前对BRMs的研究并没有跳脱出传统有机液流电池正负极材料的搭配，缺乏对BRMs化学/电化学性能的调控，例如对氧化还原电位或氧化还原可逆性的调控。特别是没有改变SRFBs输出电压较低的情况，即BRMs的两个氧化还原反应的电压间隙较小，不能更好地发挥全有机相液流电池的优势。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种共轭融合双极性氧化还原活性分子及其制备方法和应用。本发明将两种氧化还原活性中心共轭融合至一个分子单元内，能实现双极性氧化还原活性分子的氧化还原电位的调控，提高氧化还原液流电池的输出电压。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种共轭融合双极性氧化还原活性分子，包括p型氧化还原活性中心和n型氧化还原活性中心；所述p型氧化还原活性中心和n型氧化还原活性中心通过共轭融合在一个分子单元内。

本发明的双极性氧化还原活性分子能用于对称氧化还原液流电池(SRFBs)中，同时作为电池正负极电解液中的活性材料，降低液流电池隔膜两侧的化学浓度梯度，从而减缓交叉污染现象。即使在充放电过程中，部分两侧活性物质发生渗透，SRFBs也能通过自放电回到初始状态而不会造成不可逆的影响，有效延长BRMs的利用效率和RFBs的寿命。