摘要
随着不可再生能源的快速消耗和伴随而来的严重的环境污染，人类社会对于可再生的清洁能源的需求日益增长。为更好地利用清洁的可再生能源，各种电化学储能技术蓬勃发展。相较于锂离子电池和钠离子电池等储能技术，液流电池（FB）拥有能量与功率解耦、高安全性、电解液可重复循环利用以及环境友好等优点，是大规模长时储能的优秀技术路线之一。水系液流电池（ARFB）以水为电解质的溶剂，是当前最广泛研究的液流电池体系。依据水系电解质中发生氧化还原反应的活性物种的不同，将ARFB分为无机（如钒、锌、铁和多硫化物等）和有机（紫精、TEMPTMO、蒽醌、苯醌和含氮杂环等）两大类别。 本研究侧重于通过引入水溶性官能团（如季铵和羧酸单元）修饰电活性的蒽醌母环，以提升其在水系电解质中的溶解度和改进电化学性能，进而作为负极活性电解质，与亚铁氰化物等正极活性电解质组合构建水系有机液流电池。主要研究内容概述如下: （1）首先，以1，4-二羟基蒽醌和N，N-二甲基乙二胺为反应物，通过脱水缩合反应合成了1，4-双（（2-（二甲氨基）乙基）氨基）蒽-9,10-二酮（1，4-BDEAQ）。纯化处理的1,4-BDEAQ进一步与碘甲烷（CH3I）发生季铵化反应，合成得到2,2''-（（9,10-二氧基-9,10-二氢蒽-1，4-二基）双（氮二基））双（N，N，N-三甲基乙烷-1-胺基）二碘盐（1,4-BDEAQI2）。最后，通过离子交换反应，得到产物2,2''-（（9，10-二氧基-9，10-二氢蒽-1，4-二基）双（氮二基））双（N,N,N-三甲基乙烷-1-胺基）二氯盐（1,4-BDEAQCl2）。 （2）通过核磁共振谱对1,4-BDEAQCl2进行了结构表征;通过紫外可见光谱测试评价了其在水溶性;通过电化学测试手段详细考察了1,4-BDEAQCl2在中性电解质体系中的标准电位、电化学可逆性、标准速率常数以及电位与pH相关性。1,4-BDEAQCl2表现出较负的氧化还原电位（约-0.554V,相对标准氢电极）、快速的电化学反应动力学、高水溶性和低渗透性。在此基础上，将1,4-BDEAQCl2作为负极活性电解质，分别与正极活性电解质亚铁氰化钾等组合，组建中性水系有机液流电池（AORFB）。 （3）以1,4-BDEAQCl2为阳极活性电解质，亚铁氰化钾为阴极活性电解质的中性AORFB可产生接近约1.04V的开路电压。长期充放电循环实验以及对循环后的负极活性电解质分析揭示，1,4-BDEAQCl2在充放电循环中发生的水解副反应是容量衰退的主要原因。 (4)此外，以1，8-二羟基蒽醌和乙醛酸为起始反应物，首先常温下合成得到中间产物2,7-二羟基乙酸-1,8,9,10-四羟基蒽(DHATHAc)。接着，DHATHAc在空气中直接氧化为产物1，8-二羟基-2,7-二羧甲基-9,10-蒽醌(DCDHAQ)。进一步通过核磁共振对DCDHAQ的化学结构进行了表征;通过循环伏安(CV)研究了DCDHAQ的标准电位与pH的相关性以及DCDHAQ的CV循环稳定性;考察了DCDHAQ在1MKOH溶液中的溶解度及其电化学动力学。
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