RU2752762C1 - Highly soluble triphenylamine-based catholyte and electrochemical current source based on it - Google Patents
Highly soluble triphenylamine-based catholyte and electrochemical current source based on it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752762C1 RU2752762C1 RU2020135045A RU2020135045A RU2752762C1 RU 2752762 C1 RU2752762 C1 RU 2752762C1 RU 2020135045 A RU2020135045 A RU 2020135045A RU 2020135045 A RU2020135045 A RU 2020135045A RU 2752762 C1 RU2752762 C1 RU 2752762C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ether
- catholyte
- oligoethylene glycol
- substituent based
- ether substituent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C211/00—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
- C07C211/43—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton
- C07C211/54—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton having amino groups bound to two or three six-membered aromatic rings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/16—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
- H01M6/162—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к областям электрохимии и энергетики, а именно к органическим редокс-активным материалам для электрохимических источников тока. В данном изобретении раскрывается состав перспективных высокорастворимых катодных материалов (католитов) на основе ариламинов для гибридных и проточных аккумуляторов.The invention relates to the fields of electrochemistry and energy, namely to organic redox-active materials for electrochemical power sources. This invention discloses the composition of promising highly soluble cathode materials (catholytes) based on arylamines for hybrid and flow batteries.
Уровень техникиState of the art
Массовое внедрение альтернативных источников электроэнергии, таких как солнечные и ветряные электростанции, приводит к дисбалансу выработки и потребления электроэнергии, так как производительность данных источников нестабильна во времени и сильно зависит от изменяющихся погодных условий. Применение электрохимических накопителей может быть оптимальным решением данной проблемы. Действительно, электрохимические источники тока могут легко накапливать энергию в периоды ее избыточной генерации и, наоборот, быстро ее высвобождать в сеть при увеличении потребляемой мощности.The massive introduction of alternative sources of electricity, such as solar and wind power plants, leads to an imbalance in the generation and consumption of electricity, since the performance of these sources is unstable over time and is highly dependent on changing weather conditions. The use of electrochemical storage devices can be an optimal solution to this problem. Indeed, electrochemical current sources can easily accumulate energy during periods of its excessive generation and, conversely, quickly release it into the network with an increase in power consumption.
Наиболее перспективной технологией для запасания больших количеств электроэнергии на сегодняшний день считаются проточные аккумуляторы. В отличие от других типов аккумуляторов (например, литий-ионных), в данных устройствах запасающие энергию вещества находятся не в структуре электрода, а в отдельных резервуарах в растворенном виде и прокачиваются через электрохимическую ячейку при помощи насосов. Таким образом, основное преимущество проточных батарей состоит в том, что система хранения активных веществ (резервуары) и устройство, в котором происходит выработка тока (электрохимическая ячейка) изолированы друг от друга. Такая конструкция позволяет легко масштабировать емкость аккумулятора путем увеличения объема электролитов, в то время как выходная мощность независимым образом контролируются размером и количеством электрохимических ячеек.The most promising technology for storing large amounts of electricity today is considered to be flow-through accumulators. Unlike other types of batteries (for example, lithium-ion), in these devices, energy storage substances are not in the structure of the electrode, but in separate reservoirs in a dissolved form and are pumped through the electrochemical cell using pumps. Thus, the main advantage of flow-through batteries is that the storage system for active substances (reservoirs) and the device in which the current is generated (electrochemical cell) are isolated from each other. This design allows the battery capacity to be easily scaled by increasing the volume of electrolytes, while the power output is independently controlled by the size and number of electrochemical cells.
На сегодняшний день широко известны ванадиевые проточные аккумуляторы, а также другие системы на основе неорганических соединений, например бромид-цинковые или полисульфид-бромидные элементы. Тем не менее, повсеместное внедрение неорганических проточных аккумуляторов затруднено из-за доступности и нестабильной цены активных материалов (так, цена ванадия за последние 5 лет менялась в 10 раз https://www.vanadiumprice.com), низкой удельной емкости, а также других проблем связанных с их эксплуатацией. Узкое окно стабильности потенциалов водных электролитов ограничивает максимально достижимые напряжения батарей, а низкая растворимость неорганических ионов не позволяет достичь высоких удельных энергоемкостей. Более того, химическая активность и токсичность используемых электролитов, потенциальный риск для окружающей среды и здоровья человека ванадиевых солей, жидкого брома, концентрированных растворов кислот или других неорганических активных материалов дополнительно ограничивают применение данной технологии.Today, vanadium flow accumulators are widely known, as well as other systems based on inorganic compounds, for example, zinc bromide or polysulfide bromide cells. Nevertheless, the widespread introduction of inorganic flow batteries is difficult due to the availability and unstable price of active materials (for example, the price of vanadium has changed 10 times over the past 5 years https://www.vanadiumprice.com), low specific capacity, and other problems associated with their operation. A narrow window of stability of the potentials of aqueous electrolytes limits the maximum attainable battery voltages, and the low solubility of inorganic ions does not allow achieving high specific energy capacities. Moreover, the chemical activity and toxicity of the electrolytes used, the potential risk to the environment and human health of vanadium salts, liquid bromine, concentrated acid solutions or other inorganic active materials further limit the application of this technology.
Принимая во внимание недостатки неорганических проточных аккумуляторов, ведется разработка новых активных соединений на основе органических молекул. Внедрение органических активных материалов позволяет отказаться от использования тяжелых металлов, концентрированных кислот, жидкого брома. Помимо этого, применение органических редокс-активных материалов позволяет перейти от использования водных электролитов к электролитам на основе органических растворителей. Органические полярные растворители, такие как ацетонитрил, диметилформамид или сульфолан, обладают широким окном стабильности потенциалов до 6 Вольт [O.R. Luca, J.L. Gustafson, S.M. Maddox, A.Q. Fenwick, D.C. Smith, Org. Chem. Front. 2 (2015) 823-848.], что позволят создавать аккумуляторы высокого напряжения.Taking into account the disadvantages of inorganic flow batteries, new active compounds based on organic molecules are being developed. The introduction of organic active materials makes it possible to abandon the use of heavy metals, concentrated acids, liquid bromine. In addition, the use of organic redox-active materials makes it possible to switch from the use of aqueous electrolytes to electrolytes based on organic solvents. Organic polar solvents such as acetonitrile, dimethylformamide or sulfolane have a wide potential stability window up to 6 Volts [O.R. Luca, J.L. Gustafson, S.M. Maddox, A.Q. Fenwick, D.C. Smith, Org. Chem. Front. 2 (2015) 823-848.], Which will allow the creation of high voltage batteries.
Соединения, претерпевающие окислительно-восстановительную реакцию в процессе заряда и разряда аккумулятора, называют редокс-активными соединениями. Редокс-активные соединения, применяемые в проточных аккумуляторах, подразделяются на два класса - католиты и анолиты.Compounds that undergo a redox reaction during battery charging and discharging are called redox-active compounds. Redox-active compounds used in flow accumulators are divided into two classes - catholytes and anolytes.
Термин «анолит» относится к соединению, находящемуся в анодном пространстве аккумулятора, и которое претерпевает переход к более низкой степени окисления в процессе заряда батареи. Реакцию, протекающую с анолитом на аноде в процессе заряда батареи, можно описать следующим элементарным уравнением:The term "anolyte" refers to a compound found in the anode space of a battery that undergoes a transition to a lower oxidation state as the battery is charged. The reaction that occurs with the anolyte at the anode during battery charging can be described by the following elementary equation:
A + e - → A- или A- + e - → A2- или An+ + xe - → A(n-x)+ или An- + xe - → A(n+x)- A + e - → A - or A - + e - → A 2- or A n + + x e - → A (nx) + or A n- + x e - → A (n + x) -
Термин «католит» относится к соединению, находящемуся в катодном пространстве аккумулятора, и которое претерпевает переход в более высокое состояние окисления в процессе заряда батареи. Реакцию, протекающую с католитом на катоде в процессе заряда батареи, можно описать следующим элементарным уравнением:The term "catholyte" refers to a compound found in the cathode space of a battery that undergoes a transition to a higher oxidation state as the battery is charged. The reaction taking place with the catholyte at the cathode during battery charging can be described by the following elementary equation:
К - e - → К+ или К- - e - → К или Кn+ - ye - → A(n+y)+ или Kn- - ye - → A(n-y)- К - e - → К + or К - - e - → К or К n + - y e - → A (n + y) + or K n- - y e - → A (ny) -
К настоящему моменту разработано большое количество органических редокс-активных соединений для неводных проточных аккумуляторов, однако основными проблемами остается стабильность и удельная энергоемкость таких систем. Среди анолитов наиболее хорошо себя зарекомендовали соединения на основе виологена [J. Chai, A. Lashgari, Z. Cao, C.K. Williams, X. Wang, J. Dong, J. Jiang, ACS Appl. Mater. Interfaces. 12 (2020) 15262-15270; A. Shrestha, K.H. Hendriks, M.S. Sigman, S.D. Minteer, M.S. Sanford, Chem. - A Eur. J. 26 (2020) 5369-5373), бензотиадиазола [J. Yuan, C. Zhang, Y. Zhen, Y. Zhao, Y. Li, J. Power Sources. 443 (2019); J. Huang, W. Duan, J. Zhang, I.A. Shkrob, R.S. Assary, B. Pan, C. Liao, Z. Zhang, X. Wei, L. Zhang, J. Mater. Chem. A. 6 (2018) 6251-6254], хинонов [X. Xing, Q. Liu, B. Wang, J.P. Lemmon, W.Q. Xu, J. Power Sources. 445 (2020) 227330; P. Geysens, Y. Li, I. Vankelecom, J. Fransaer, K. Binnemans, ACS Sustain. Chem. Eng. 8 (2020) 3832-3843; X. Xing, Q. Liu, W. Xu, W. Liang, J. Liu, B. Wang, J.P. Lemmon, ACS Appl. Energy Mater. 2 (2019) 2364-2369; Y. Huo, X. Xing, C. Zhang, X. Wang, Y. Li, RSC Adv. 9 (2019) 13128-13132; WO 2018/007991 A1, US 10079401 B2, US 2013/0266836 A1] и некоторые другие соединения [C. Zhang, Y. Qian, Y. Ding, L. Zhang, X. Guo, Y. Zhao, G. Yu, Angew. Chemie - Int. Ed. 58 (2019) 7045-7050; C.G. Armstrong, R.W. Hogue, K.E. Toghill, J. Power Sources. 440 (2019) 227037]. Среди описанных анолитов есть соединения, которые удовлетворяют всем требованиям для успешного применения их в промышленных проточных аккумуляторах - соединения имеют высокую растворимость в органических растворителях и обратимый и стабильный окислительно-восстановительный переход при низких потенциалах (около -2 В против электрода сравнения Ag/AgNO3).To date, a large number of organic redox-active compounds have been developed for non-aqueous flow batteries, but the main problems remain the stability and specific energy intensity of such systems. Among anolytes, the most well-proven compounds based on viologen [J. Chai, A. Lashgari, Z. Cao, CK Williams, X. Wang, J. Dong, J. Jiang, ACS Appl. Mater. Interfaces. 12 (2020) 15262-15270; A. Shrestha, KH Hendriks, MS Sigman, SD Minteer, MS Sanford, Chem. - A Eur. J. 26 (2020) 5369-5373), benzothiadiazole [J. Yuan, C. Zhang, Y. Zhen, Y. Zhao, Y. Li, J. Power Sources. 443 (2019); J. Huang, W. Duan, J. Zhang, IA Shkrob, RS Assary, B. Pan, C. Liao, Z. Zhang, X. Wei, L. Zhang, J. Mater. Chem. A. 6 (2018) 6251-6254], quinones [X. Xing, Q. Liu, B. Wang, JP Lemmon, WQ Xu, J. Power Sources. 445 (2020) 227330; P. Geysens, Y. Li, I. Vankelecom, J. Fransaer, K. Binnemans, ACS Sustain. Chem. Eng. 8 (2020) 3832-3843; X. Xing, Q. Liu, W. Xu, W. Liang, J. Liu, B. Wang, JP Lemmon, ACS Appl. Energy Mater. 2 (2019) 2364-2369; Y. Huo, X. Xing, C. Zhang, X. Wang, Y. Li, RSC Adv. 9 (2019) 13128-13132; WO 2018/007991 A1, US 10079401 B2, US 2013/0266836 A1] and some other compounds [C. Zhang, Y. Qian, Y. Ding, L. Zhang, X. Guo, Y. Zhao, G. Yu, Angew. Chemie - Int. Ed. 58 (2019) 7045-7050; CG Armstrong, RW Hogue, KE Toghill, J. Power Sources. 440 (2019) 227037]. Among the described anolytes, there are compounds that meet all the requirements for their successful use in industrial flow batteries - the compounds have a high solubility in organic solvents and a reversible and stable redox transition at low potentials (about -2 V against the Ag / AgNO 3 reference electrode) ...
В то же время, круг исследованных католитов заметно уже. Среди них стоит отметить соединения на основе циклопропана [S.G. Robinson, Y. Yan, K.H. Hendriks, M.S. Sanford, M.S. Sigman, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 10171-10176; Y. Yan, S.G. Robinson, M.S. Sigman, M.S. Sanford, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 15301-15306], фенотиазина [X. Xing, Q. Liu, J. Li, Z. Han, B. Wang, J.P. Lemmon, Chem. Commun. 55 (2019) 14214-14217], дигодрофеназина [G. Kwon, K. Lee, M.H. Lee, B. Lee, S. Lee, S.K. Jung, K. Ku, J. Kim, S.Y. Park, J.E. Kwon, K. Kang, Chem. 5 (2019) 2642-2656], TEMPO (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксид) [Y.Y. Liu, M.A. Goulet, L. Tong, Y.Y. Liu, Y. Ji, L. Wu, R.G. Gordon, M.J. Aziz, Z. Yang, T. Xu, Chem. 5 (2019) 1861-1870; B. Ok, W. Na, T.H. Kwon, Y.W. Kwon, S. Cho, S.M. Hong, A.S. Lee, J.H. Lee, C.M. Koo, J. Ind. Eng. Chem. 80 (2019) 545-550], и тетраморфолиндигидрохинона [E. Drazevic, C. Szabo, D. Konya, T. Lund, K. Wedege, A. Bentien, ACS Appl. Energy Mater. 2 (2019) 4745-4754]. Большинство описанных соединений демонстрируют невысокие потенциалы полуволны около 0-0,5 В против электрода сравнения Ag/AgNO3, что не позволяет полностью задействовать широкое электрохимическое окно стабильности органических растворителей [P. Geysens, Y. Li, I. Vankelecom, J. Fransaer, K. Binnemans, ACS Sustain. Chem. Eng. 8 (2020) 3832-3843; C.G. Armstrong, R.W. Hogue, K.E. Toghill, J. Power Sources. 440 (2019) 227037; H. Chen, Y. Zhou, Y.C. Lu, ACS Energy Lett. 3 (2018) 1991-1997]. Соединения, демонстрирующие более высокие потенциалы до 1,1 В против электрода сравнения Ag/AgNO3, обладают низкой растворимостью в органических растворителях [J. Yuan, C. Zhang, Y. Zhen, Y. Zhao, Y. Li, J. Power Sources. 443 (2019) 227283; M.J. Baran, M.N. Braten, E.C. Montoto, Z.T. Gossage, L. Ma, E. , J.S. Moore, J. , B.A. Helms, Chem. Mater. 30 (2018) 3861-3866; X. Wang, X. Xing, Y. Huo, Y. Zhao, Y. Li, H. Chen, Int. J. Electrochem. Sci. 13 (2018) 6676-6683; J. Huang, Z. Yang, M. Vijayakumar, W. Duan, A. Hollas, B. Pan, W. Wang, X. Wei, L. Zhang, Adv. Sustain. Syst. 2 (2018) 1700131]. Помимо этого, нерешенной остается проблема стабильности и доступности органических католитов.At the same time, the range of studied catholytes is noticeably narrower. Among them, it is worth noting compounds based on cyclopropane [S.G. Robinson, Y. Yan, K.H. Hendriks, M.S. Sanford, M.S. Sigman, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 10171-10176; Y. Yan, S.G. Robinson, M.S. Sigman, M.S. Sanford, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 15301-15306], phenothiazine [X. Xing, Q. Liu, J. Li, Z. Han, B. Wang, J.P. Lemmon, Chem. Commun. 55 (2019) 14214-14217], diodrophenazine [G. Kwon, K. Lee, M.H. Lee, B. Lee, S. Lee, S.K. Jung, K. Ku, J. Kim, S.Y. Park, J.E. Kwon, K. Kang, Chem. 5 (2019) 2642-2656], TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxide) [Y.Y. Liu, M.A. Goulet, L. Tong, Y.Y. Liu, Y. Ji, L. Wu, R.G. Gordon, M.J. Aziz, Z. Yang, T. Xu, Chem. 5 (2019) 1861-1870; B. Ok, W. Na, T.H. Kwon, Y.W. Kwon, S. Cho, S.M. Hong, A.S. Lee, J.H. Lee, C.M. Koo, J. Ind. Eng. Chem. 80 (2019) 545-550], and tetramorpholine dihydroquinone [E. Drazevic, C. Szabo, D. Konya, T. Lund, K. Wedege, A. Bentien, ACS Appl. Energy Mater. 2 (2019) 4745-4754]. Most of the described compounds show low half-wave potentials of about 0-0.5 V against the reference electrode. Ag / AgNO3, which does not allow the full use of the wide electrochemical window of stability of organic solvents [P. Geysens, Y. Li, I. Vankelecom, J. Fransaer, K. Binnemans, ACS Sustain. Chem. Eng. 8 (2020) 3832-3843; C.G. Armstrong, R.W. Hogue, K.E. Toghill, J. Power Sources. 440 (2019) 227037; H. Chen, Y. Zhou, Y.C. Lu, ACS Energy Lett. 3 (2018) 1991-1997]. Compounds showing higher potentials up to 1.1 V versus Ag / AgNO reference electrode3, have low solubility in organic solvents [J. Yuan, C. Zhang, Y. Zhen, Y. Zhao, Y. Li, J. Power Sources. 443 (2019) 227283; M.J. Baran, M.N. Braten, E.C. Montoto, Z.T. Gossage, L. Ma, E., J.S. Moore, J., B.A. Helms, Chem. Mater. 30 (2018) 3861-3866; X. Wang, X. Xing, Y. Huo, Y. Zhao, Y. Li, H. Chen, Int. J. Electrochem. Sci. 13 (2018) 6676-6683; J. Huang, Z. Yang, M. Vijayakumar, W. Duan, A. Hollas, B. Pan, W. Wang, X. Wei, L. Zhang, Adv. Sustain. Syst. 2 (2018) 1700131]. In addition, the problem of stability and availability of organic catholytes remains unresolved.
Так, в качестве аналога описываемого изобретения можно привести соединения на основе циклопропана, исследованные в работах [A. Shrestha, K.H. Hendriks, M.S. Sigman, S.D. Minteer, M.S. Sanford, Chem. - A Eur. J. 26 (2020) 5369-5373; S.G. Robinson, Y. Yan, K.H. Hendriks, M.S. Sanford, M.S. Sigman, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 10171-10176;Y. Yan, S.G. Robinson, M.S. Sigman, M.S. Sanford, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 15301-15306]. Несмотря на высокую растворимость (>1,7 моль/л) и обратимость окислительно-восстановительного процесса гексапропилциклопропантриамина, данное соединение претерпевают быструю деградацию в процессе циклирования батареи. Связывание нескольких циклопропантриариловых фрагментов в олигомерные соединения позволяет увеличить размер молекул, тем самым увеличить стабильность работы аккумулятора, а также подавить кроссовер через мембрану, но значительно усложняет процесс синтеза, а тем самым и доступность соединений.So, as an analogue of the described invention, you can cite the compounds based on cyclopropane, investigated in the works [A. Shrestha, K.H. Hendriks, M.S. Sigman, S.D. Minteer, M.S. Sanford, Chem. - A Eur. J. 26 (2020) 5369-5373; S.G. Robinson, Y. Yan, K.H. Hendriks, M.S. Sanford, M.S. Sigman, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 10171-10176; Y. Yan, S.G. Robinson, M.S. Sigman, M.S. Sanford, J. Am. Chem. Soc. 141 (2019) 15301-15306]. Despite the high solubility (> 1.7 mol / L) and reversibility of the redox process of hexapropylcyclopropanetriamine, this compound undergoes rapid degradation during battery cycling. The binding of several cyclopropanetriaryl fragments into oligomeric compounds allows an increase in the size of molecules, thereby increasing the stability of the battery, as well as suppressing crossover through the membrane, but significantly complicates the synthesis process, and thus the availability of compounds.
Другим аналогом следует считать 1,4-ди-трет-бутил-2,5-бис(2-метоксиэтокси)бензол [US 2014/0370405 A1]. Данное соединение является жидким при комнатной температуре, обладает потенциалом полуволны 0,71 В против электрода сравнения Ag/AgNO3, однако стабильность данного соединения в условиях заряда-разряда аккумулятора остается спорной. При небольшом количестве циклов наблюдается удовлетворительная стабильность систем с бензотиадиазолом [J. Yuan, C. Zhang, Y. Zhen, Y. Zhao, Y. Li, J. Power Sources. 443 (2019); J. Huang, W. Duan, J. Zhang, I.A. Shkrob, R.S. Assary, B. Pan, C. Liao, Z. Zhang, X. Wei, L. Zhang, J. Mater. Chem. A. 6 (2018) 6251-6254;W. Duan, J. Huang, J.A. Kowalski, I.A. Shkrob, M. Vijayakumar, E. Walter, B. Pan, Z. Yang, J.D. Milshtein, B. Li, C. Liao, Z. Zhang, W. Wang, J. Liu, J.S. Moore, F.R. Brushett, L. Zhang, X. Wei, ACS Energy Lett. 2 (2017) 1156-1161], 3-метилбензохиноном [X. Xing, Q. Liu, B. Wang, J.P. Lemmon, W.Q. Xu, J. Power Sources. 445 (2020) 227330; P. Geysens, Y. Li, I. Vankelecom, J. Fransaer, K. Binnemans, ACS Sustain. Chem. Eng. 8 (2020) 3832-3843; X. Xing, Q. Liu, W. Xu, W. Liang, J. Liu, B. Wang, J.P. Lemmon, ACS Appl. Energy Mater. 2 (2019) 2364-2369], однако при увеличении количества циклов наблюдается значительное снижение емкости батареи со временем [Y. Huo, X. Xing, C. Zhang, X. Wang, Y. Li, RSC Adv. 9 (2019) 13128-13132].Another analogue should be considered 1,4-di- tert -butyl-2,5-bis (2-methoxyethoxy) benzene [US 2014/0370405 A1]. This compound is liquid at room temperature, has a half-wave potential of 0.71 V against the Ag / AgNO 3 reference electrode, however, the stability of this compound under battery charge-discharge conditions remains controversial. With a small number of cycles, satisfactory stability of systems with benzothiadiazole is observed [J. Yuan, C. Zhang, Y. Zhen, Y. Zhao, Y. Li, J. Power Sources. 443 (2019); J. Huang, W. Duan, J. Zhang, IA Shkrob, RS Assary, B. Pan, C. Liao, Z. Zhang, X. Wei, L. Zhang, J. Mater. Chem. A. 6 (2018) 6251-6254; W. Duan, J. Huang, JA Kowalski, IA Shkrob, M. Vijayakumar, E. Walter, B. Pan, Z. Yang, JD Milshtein, B. Li, C. Liao, Z. Zhang, W. Wang, J. Liu , JS Moore, FR Brushett, L. Zhang, X. Wei, ACS Energy Lett. 2 (2017) 1156-1161], 3-methylbenzoquinone [X. Xing, Q. Liu, B. Wang, JP Lemmon, WQ Xu, J. Power Sources. 445 (2020) 227330; P. Geysens, Y. Li, I. Vankelecom, J. Fransaer, K. Binnemans, ACS Sustain. Chem. Eng. 8 (2020) 3832-3843; X. Xing, Q. Liu, W. Xu, W. Liang, J. Liu, B. Wang, JP Lemmon, ACS Appl. Energy Mater. 2 (2019) 2364-2369], however, as the number of cycles increases, there is a significant decrease in battery capacity over time [Y. Huo, X. Xing, C. Zhang, X. Wang, Y. Li, RSC Adv. 9 (2019) 13128-13132].
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является соединение на основе фенотиазина, описанное в работе [N.H. Attanayake, J.A. Kowalski, K. V. Greco, M.D. Casselman, J.D. Milshtein, S.J. Chapman, S.R. Parkin, F.R. Brushett, S.A. Odom, Chem. Mater. 31 (2019) 4353-4363] и имеющее потенциал полуволны перехода второго электрона около 0,6 В против электрода сравнения Ag/AgNO3. Однако, как отмечают авторы работы несмотря на то, что незаряженное соединение смешивается с ацетонитрилом в любых пропорциях, растворимость ионных форм ниже, и составляет 0,55 моль/л в чистом ацетонитриле, что может быть ограничением при создании электролитов с высокими концентрациями редокс-активных веществ и добавками поддерживающих солей. Также при работе симметричной ячейки было замечено снижение емкости батареи в 2 раза за 140 циклов, что говорит о низкой стабильности окислительно-восстановительного процесса, протекающего в данном соединении.The closest analogue of the present invention is a phenothiazine-based compound described in [NH Attanayake, JA Kowalski, KV Greco, MD Casselman, JD Milshtein, SJ Chapman, SR Parkin, FR Brushett, SA Odom, Chem. Mater. 31 (2019) 4353-4363] and having a half-wave potential of the second electron transition of about 0.6 V against the Ag / AgNO 3 reference electrode. However, as the authors of the work note, despite the fact that an uncharged compound is mixed with acetonitrile in any proportions, the solubility of ionic forms is lower, and amounts to 0.55 mol / L in pure acetonitrile, which may be a limitation when creating electrolytes with high concentrations of redox-active substances and additives of supporting salts. Also, during the operation of a symmetric cell, a 2-fold decrease in battery capacity in 140 cycles was observed, which indicates a low stability of the redox process taking place in this compound.
Описанные выше примеры иллюстрируют, что задача создания высокорастворимых и стабильных католитов для проточных аккумуляторов на сегодняшний день не решена.The examples described above illustrate that the problem of creating highly soluble and stable catholytes for flow batteries has not been solved to date.
Новизна заявляемого изобретения может быть подчеркнута несколькими примерами, приведенными ниже. Из текущего состояния науки и техники известно, что трифениламин (TPA) - соединение склонное к окислительной полимеризации. (Измерения всех циклических вольтамперограмм, приведенных в данной работе, если не указано иначе, проводились в трехэлектродной ячейке с рабочим электродом из стеклоуглерода (d = 5 мм), электродом сравнения Ag/AgNO3 и противоэлектродом из платиновой проволоки в инертной атмосфере аргона и при использовании безводного ацетонитрила в качестве растворителя.) Как видно из циклической вольтамперограммы трифениламина, показанной на Фиг. 1, уже на первом цикле наблюдается возникновение пиков, соответствующих продуктам побочных реакций. На пятом цикле наблюдается симметричная кривая циклической вольтамперограммы с двумя катодными и двумя анодными сигналами. Наблюдаемые процессы ранее уже были описаны в литературе [E.T. Seo, R.F. Nelson, J.M. Fritsch, L.S. Marcoux, D.W. Leedy, R.N. Adams, J. Am. Chem. Soc. 178 (1966) 3498-3503]. Трифениламин претерпевает окисление, образуя катион-радикал TPA+•, который вступает в реакцию димеризации или реагирует с нейтральной молекулой трифениламина с образованием тетрафенилбензидина. Продукт химической реакции, тетрафенилбензидин, окисляется легче, чем исходный трифениламин, что приводит получению полимерных цепей политрифениламина. Схема процесса димеризации трифениламина представлена на Фиг. 2. Из представленных данных, кажется очевидным, что трифениламин и его производные непригодны для использования в качестве католитов в проточных аккумуляторах из-за своей низкой электрохимической стабильности и склонности к окислительной полимеризации.The novelty of the claimed invention can be emphasized by several examples below. It is known from the current state of science and technology that triphenylamine (TPA) is a compound prone to oxidative polymerization. (Measurements of all cyclic voltammograms presented in this work, unless otherwise indicated, were carried out in a three-electrode cell with a glassy carbon working electrode (d = 5 mm), an Ag / AgNO 3 reference electrode and a platinum wire counter electrode in an inert argon atmosphere and using anhydrous acetonitrile as solvent.) As seen from the cyclic voltammogram of triphenylamine shown in FIG. 1, already in the first cycle, the appearance of peaks corresponding to the products of side reactions is observed. On the fifth cycle, a symmetric curve of the cyclic voltammogram with two cathodic and two anode signals is observed. The observed processes have previously been described in the literature [ET Seo, RF Nelson, JM Fritsch, LS Marcoux, DW Leedy, RN Adams, J. Am. Chem. Soc. 178 (1966) 3498-3503]. Triphenylamine undergoes oxidation to form the TPA + • radical cation, which either undergoes a dimerization reaction or reacts with a neutral triphenylamine molecule to form tetraphenylbenzidine. The product of the chemical reaction, tetraphenylbenzidine, is oxidized more readily than the starting triphenylamine, resulting in the formation of polytriphenylamine polymer chains. A schematic diagram of the triphenylamine dimerization process is shown in FIG. 2. From the presented data, it seems obvious that triphenylamine and its derivatives are unsuitable for use as catholytes in flow batteries due to their low electrochemical stability and tendency to oxidative polymerization.
Из текущего состояния науки и техники можно было предположить, что химическая модификация молекулы трифениламина может позволить подавить процессы полимеризации и повысить электрохимическую стабильность материала. Однако, введение заместителей в структуру трифениламина может приводить к непредсказуемому изменению электрохимических свойств образующихся молекул, что и является основной причиной, по которой этот класс соединений пока не используется в качестве католитов в проточных аккумуляторах.From the current state of science and technology, it could be assumed that the chemical modification of the triphenylamine molecule can suppress the polymerization processes and increase the electrochemical stability of the material. However, the introduction of substituents into the triphenylamine structure can lead to an unpredictable change in the electrochemical properties of the resulting molecules, which is the main reason why this class of compounds is not yet used as catholytes in flow batteries.
Например, модификация молекулы трифениламина путем введения альдегидной группы в пара-положение одного из фенильных колец приводит к увеличению обратимости окислительно-восстановительного процесса. Как видно из Фиг. 3 на первых циклах наблюдается по одному пику, соответствующему окислению и восстановлению 4-(дифениламин)бензальдегида, однако при большем количестве циклов наблюдается появление новых пиков, соответствующих продуктам побочных реакций димеризации и полимеризации.For example, the modification of a triphenylamine molecule by introducing an aldehyde group into the para-position of one of the phenyl rings leads to an increase in the reversibility of the redox process. As seen in FIG. 3, in the first cycles, one peak is observed each corresponding to the oxidation and reduction of 4- (diphenylamine) benzaldehyde; however, with a larger number of cycles, the appearance of new peaks corresponding to the products of side reactions of dimerization and polymerization is observed.
Стабильность при циклировании 4-(дифениламин)бензойной кислоты (Фиг. 4) схожа со стабильностью незамещенного трифениламина. Уже на первых циклах наблюдается заметное уменьшение катодного пика по сравнению с анодным, а к 50-ому циклу наблюдаемый сигнал полностью исчезает.Cycling stability of 4- (diphenylamine) benzoic acid (FIG. 4) is similar to that of unsubstituted triphenylamine. Already in the first cycles, a noticeable decrease in the cathodic peak is observed in comparison with the anodic one, and by the 50th cycle, the observed signal completely disappears.
Согласно описанному ранее механизму полимеризации, можно предположить, что замещение всех трех протонов пара-положений фенильных колец трифениламина должно приводить к резкому увеличению стабильности окислительно-восстановительного процесса. Однако, как видно из циклических вольтамперограмм, представленных на рисунках Фиг. 5 и Фиг. 6, не любая комбинация заместителей приводит к желаемому результату. При циклировании 4-(бис(4-бромфенил)амино)бензальдегида наблюдается значительное уменьшение высоты пиков и их смещение в течение первых 10 циклов, что говорит об электрохимической деградации материала. 4-(бис(4-бромфенил)амино)бензойная кислота напротив, проявила себя стабильной при многократном окислительно-восстановительном процессе. Однако данное соединение имеет низкую растворимость в органических растворителях (растворимость в ацетонитриле составляет ~0,015 моль/л), что делает данное соединение непригодным для использования в проточных аккумуляторах.According to the previously described mechanism of polymerization, it can be assumed that the substitution of all three protons in the para-positions of the phenyl rings of triphenylamine should lead to a sharp increase in the stability of the redox process. However, as can be seen from the cyclic voltammograms shown in Figs. 5 and FIG. 6, not every combination of substituents leads to the desired result. During cycling of 4- (bis (4-bromophenyl) amino) benzaldehyde, a significant decrease in the height of the peaks and their shift during the first 10 cycles is observed, which indicates the electrochemical degradation of the material. 4- (bis (4-bromophenyl) amino) benzoic acid, on the contrary, has shown itself to be stable in a multiple redox process. However, this compound has a low solubility in organic solvents (solubility in acetonitrile is ~ 0.015 mol / L), which makes this compound unsuitable for use in flow batteries.
В предыдущих научных публикациях [Y.G. Zhu, X. Wang, C. Jia, J. Yang, Q. Wang, ACS Catal. 6 (2016) 6191-6197] и патентах [JP 3635884 B2; JP 11086903; WO 2007/097912 A2] авторами было отмечено, что соединения на основе низкомолекулярных трифениламинов и политрифениламинов могут быть использованы в качестве молекул для переноса заряда и/или соединений - протекторов, предотвращающих перезаряд и переразряд литий-ионных аккумуляторов. Однако из опубликованных материалов нельзя сделать вывод о применимости описанных соединений в качестве жидких католитов для электрохимических источников тока.In previous scientific publications [Y.G. Zhu, X. Wang, C. Jia, J. Yang, Q. Wang, ACS Catal. 6 (2016) 6191-6197] and patents [JP 3635884 B2; JP 11086903; WO 2007/097912 A2], the authors noted that compounds based on low molecular weight triphenylamines and polytriphenylamines can be used as molecules for charge transfer and / or compounds - protectors that prevent overcharging and overdischarging of lithium-ion batteries. However, from the published materials, it is impossible to draw a conclusion about the applicability of the described compounds as liquid catholytes for electrochemical power sources.
Стоит отметить, что единственным соединением на основе трифениламина, исследованным в жидкостной электрохимической ячейке является трис(4-бромфенил)амин [V. Pasala, C. Ramachandra, S. Sethuraman, K. Ramanujam, J. Electrochem. Soc. 165 (2018) A2696-A2702]. Была показана неплохая стабильность данного соединения при применении его в качестве католита в статической неводной ячейке против кислородсодержащего анолита. Однако, очень низкая растворимость трис(4-бромфенил)амина в ацетонитриле (составляет ~0,013 моль/л) не дает возможности его эффективного применения в проточных аккумуляторах.It should be noted that the only triphenylamine-based compound studied in a liquid electrochemical cell is tris (4-bromophenyl) amine [V. Pasala, C. Ramachandra, S. Sethuraman, K. Ramanujam, J. Electrochem. Soc. 165 (2018) A2696-A2702]. A good stability of this compound was shown when used as a catholyte in a static non-aqueous cell against an oxygen-containing anolyte. However, the very low solubility of tris (4-bromophenyl) amine in acetonitrile (~ 0.013 mol / l) does not make it possible to effectively use it in flow accumulators.
Таким образом, исходя из представленных в литературе данных нельзя сделать однозначно вывод о возможности получения стабильных и высокорастворимых производных трифениламина, которые могли бы успешно использоваться в качестве католитов в проточных аккумуляторах.Thus, based on the data presented in the literature, it is impossible to make an unambiguous conclusion about the possibility of obtaining stable and highly soluble derivatives of triphenylamine, which could be successfully used as catholytes in flow batteries.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Неожиданным результатом, который раскрывается в данном изобретении, стало установленное авторами настоящего изобретения мощное стабилизирующее действие эфирных заместителей, в особенности построенных на основе олигомеров олигоэтиленгликоля, на электрохимическое поведение замещенных триариламинов. В совокупности с повышением растворимости соединений за счет введения заместителей обеспечивается набор свойств, необходимых для их успешного использования в качестве католитов в проточных аккумуляторах.An unexpected result, which is disclosed in this invention, was the potent stabilizing effect of ether substituents, in particular those based on oligomers of oligoethylene glycol, on the electrochemical behavior of the substituted triarylamines, established by the present inventors. In combination with an increase in the solubility of compounds due to the introduction of substituents, a set of properties is provided that are necessary for their successful use as catholytes in flow batteries.
В ходе работы над данным изобретением авторами был получен, в частности, ряд соединений на основе трифениламина и N 1,N 1,N 4,N 4-тетрафенилбензил-1,4-диамина с различным количеством эфирных (олигоэтиленгликолевых) заместителей. На Фиг. 7 представлена циклическая вольтамперограмма 4-(2-(2-метокси)этокси)-N,N-дифениламина. Стоит отметить, что, несмотря на наличие двух незамещенных пара-положений фенильных колец, данное соединение демонстрирует обратимый окислительно-восстановительный процесс в течение 10 циклов. А соединение с двумя этиленгликолевыми заместителями, структура и циклическая вольтамперограмма которого представлены на Фиг. 8, демонстрирует стабильность окислительно-восстановительного процесса в течение более чем 100 циклов. На Фиг. 9 представлена циклическая вольтамперограмма производного N 1,N 1,N 4,N 4-тетрафенилбензил-1,4-диамина с двумя этиленгликолевыми заместителями. Для данного соединения также наблюдается подавление процессов окислительной полимеризации и высокая обратимость окислительно-восстановительных процессов в течение 20 циклов. Подчеркнем, что эфирные заместители являются электронодонорными по своей природе. Их введение в структуру производного трифениламина должно облегчать его электрохимическое окисление и, следовательно, протекание нежелательной окислительной полимеризации. Экспериментально обнаружен обратный эффект введения эфирных заместителей, что является неожиданным результатом, который нельзя было ожидать с учетом текущего состояния науки и техники. Предположительно, можно говорить о возникновение стерических препятствий для конденсации двух и более молекул замещенных трифениламинов.In the course of work on this invention, the authors have obtained, in particular, a number of compounds based on triphenylamine and N 1 , N 1 , N 4 , N 4 -tetraphenylbenzyl-1,4-diamine with different amounts of ether (oligoethylene glycol) substituents. FIG. 7 shows the cyclic voltammogram of 4- (2- (2-methoxy) ethoxy) - N , N- diphenylamine. It should be noted that, despite the presence of two unsubstituted para-positions of the phenyl rings, this compound demonstrates a reversible redox process within 10 cycles. And a compound with two ethylene glycol substituents, the structure and cyclic voltammogram of which are shown in FIG. 8 demonstrates the stability of the redox process for more than 100 cycles. FIG. 9 shows a cyclic voltammogram of a derivative of N 1 , N 1 , N 4 , N 4 -tetraphenylbenzyl-1,4-diamine with two ethylene glycol substituents. For this compound, suppression of oxidative polymerization processes and high reversibility of redox processes during 20 cycles are also observed. Let us emphasize that ether substituents are electron-donating in nature. Their introduction into the structure of the triphenylamine derivative should facilitate its electrochemical oxidation and, consequently, the occurrence of undesirable oxidative polymerization. The opposite effect of the introduction of ether substituents was experimentally found, which is an unexpected result that could not be expected given the current state of science and technology. Presumably, we can talk about the appearance of steric obstacles for the condensation of two or more molecules of substituted triphenylamines.
Еще раз подчеркнем, увеличение стабильности окислительно-восстановительного процесса производных трифениламина при введении эфирных (этиленгликолевых) заместителей является неожиданным, но практически очень важным результатом, который обеспечивает решение задачи данного изобретения.We emphasize once again that an increase in the stability of the redox process of triphenylamine derivatives with the introduction of ether (ethylene glycol) substituents is an unexpected, but practically very important result that provides a solution to the problem of the present invention.
Задачей данного изобретения является разработка и создание нового католита для электрохимических источников тока на основе электрохимически стабильных и хорошо растворимых производных трифениламина - перспективных катодных материалов для электрохимических источников тока.The objective of this invention is the development and creation of a new catholyte for electrochemical power sources based on electrochemically stable and readily soluble derivatives of triphenylamine - promising cathode materials for electrochemical power sources.
Техническим результатам заявленного изобретения является улучшение электрохимических свойств электрохимических источников тока, в частности, их стабильности при заряд-разрядном циклировании.The technical results of the claimed invention is to improve the electrochemical properties of electrochemical power sources, in particular, their stability during charge-discharge cycling.
Кроме того, еще одним техническим результатом настоящего изобретения является разработка нового катодного материала для электрохимических источников тока на основе электрохимически стабильных и хорошо растворимых производных трифениламина. Указанные производные трифениламина по изобретению обладают оптимальными электрохимическими свойствами и высокой растворимостью в полярных органических растворителях.In addition, another technical result of the present invention is the development of a new cathode material for electrochemical power sources based on electrochemically stable and highly soluble triphenylamine derivatives. These triphenylamine derivatives according to the invention have optimal electrochemical properties and high solubility in polar organic solvents.
Указанный технический результат достигается за счет применения соединений на основе трифениламина общей формулы Ф1 в качестве единственного или одного из компонентов в составе католита для электрохимического источника тока, в которых рациональный набор заместителей R, R1 и R2 обеспечивает их высокую растворимость в полярных органических растворителях, обратимость и стабильность окислительно-восстановительных процессов:The specified technical result is achieved through the use of compounds based on triphenylamine of the general formula F1 as the only or one of the components in the catholyte for an electrochemical current source, in which a rational set of substituents R, R 1 and R 2 ensures their high solubility in polar organic solvents, reversibility and stability of redox processes:
, ,
где в общей формуле Ф1 заместитель R выбирается независимо и представляет собой:where in the general formula F1 the substituent R is selected independently and represents:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- нитрильную группу -CN;- nitrile group -CN;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10; или- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10; or
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
заместитель R1 выбирается независимо и представляет собой:substituent R 1 is selected independently and represents:
а) фрагмент замещенного дифениламина:a) a fragment of a substituted diphenylamine:
в котором заместители R3 и R4 выбираются независимо и представляют собой:in which the substituents R 3 and R 4 are independently selected and represent:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
б) один из нижеследующих заместителей:b) one of the following substituents:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- нитрильную группу -CN;- nitrile group -CN;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12.- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12.
заместитель R2 выбирается независимо и представляет собой:substituent R 2 is selected independently and represents:
а) фрагмент замещенного дифениламина:a) a fragment of a substituted diphenylamine:
в котором заместители R5 и R6 выбираются независимо и представляют собой:in which the substituents R 5 and R 6 are independently selected and represent:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
б) один из нижеследующих заместителей:b) one of the following substituents:
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12.- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12.
В частных вариантах воплощения изобретения электрохимический источник тока является проточным аккумулятором, состоящим из следующих основных компонентов:In particular embodiments of the invention, the electrochemical power source is a flow-through accumulator, consisting of the following main components:
- электрохимическая ячейка, с мембраной или сепаратором, разделяющим электрохимическую ячейку на зоны для католита и анолита, в которых осуществляется протекание электрохимической реакции при катоде и при аноде;- an electrochemical cell, with a membrane or separator dividing the electrochemical cell into zones for catholyte and anolyte, in which an electrochemical reaction occurs at the cathode and at the anode;
- по крайней мере одна емкость с заряженным и/или незаряженным католитом и по крайней мере одна емкость заряженным и/или незаряженным анолитом;- at least one container with charged and / or uncharged catholyte and at least one container with charged and / or uncharged anolyte;
- по крайней мере один насос, обеспечивающий прокачку католита и анолита между указанными емкостями и электрохимической ячейкой;- at least one pump providing pumping of catholyte and anolyte between the indicated containers and the electrochemical cell;
- шланги или трубопроводы для подвода католита и анолита от указанных емкостей к электрохимической ячейке в зоны для католита и анолита;- hoses or pipelines for supplying catholyte and anolyte from the indicated containers to the electrochemical cell in the zones for catholyte and anolyte;
- катод и анод, расположенные в зонах для католита и анолита, соответственно.- cathode and anode, located in the areas for catholyte and anolyte, respectively.
В частных вариантах воплощения изобретения электрохимический источник тока является гибридным аккумулятором, состоящим из следующих основных компонентов:In particular embodiments of the invention, the electrochemical power source is a hybrid battery, consisting of the following main components:
- электрохимическая ячейка, с мембраной или сепаратором, разделяющие электрохимическую ячейку на зоны для католита и анолита, в которых осуществляется протекание электрохимической реакции при катоде и при аноде;- an electrochemical cell, with a membrane or separator, dividing the electrochemical cell into zones for catholyte and anolyte, in which an electrochemical reaction occurs at the cathode and at the anode;
- по крайней мере одна емкость для заряженного и/или незаряженного католита;- at least one container for charged and / or uncharged catholyte;
- по крайней мере один насос, обеспечивающий прокачку католита между указанными емкостями и электрохимической ячейкой;- at least one pump providing pumping of the catholyte between the indicated containers and the electrochemical cell;
- шланги или трубопроводы для подвода католита от указанных емкостей к электрохимической ячейке в зону для католита;- hoses or pipelines for supplying the catholyte from the indicated containers to the electrochemical cell in the area for the catholyte;
- катод, расположенный в зоне для католита;- a cathode located in the catholyte zone;
- анод, расположенный в зоне для анолита.- anode located in the anolyte zone.
В частных вариантах воплощения изобретения католит содержит смесь по крайней мере двух различных соединений формулы Ф1.In particular embodiments of the invention, the catholyte contains a mixture of at least two different compounds of formula F1.
В частных вариантах воплощения изобретения католит дополнительно содержит растворитель в виде воды и/или по крайней мере одного органического растворителя, выбранного из группы: органические карбонаты, органические эфиры, нитрилы, сульфоны, сульфоксиды, амиды, при следующем соотношении компонентов в мас. %:In particular embodiments of the invention, the catholyte additionally contains a solvent in the form of water and / or at least one organic solvent selected from the group: organic carbonates, organic ethers, nitriles, sulfones, sulfoxides, amides, in the following ratio of components in wt. %:
- редокс-активное соединение общей формулы Ф1 - 0.1-99.9999;- redox-active compound of general formula F1 - 0.1-99.9999;
- растворитель - 0.0001-99.9.- solvent - 0.0001-99.9.
В частных вариантах воплощения изобретения органический карбонат выбирается независимо и представляет собой этиленкарбонат, диметилкарбонат, диэтилкарбонат, пропиленкарбонат.In particular embodiments of the invention, the organic carbonate is independently selected and is ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate.
В частных вариантах воплощения изобретения органический эфир выбирается независимо и представляет собой дибутиловый эфир, тетрагидрофуран или диметоксиэтан.In particular embodiments, the organic ether is independently selected and is dibutyl ether, tetrahydrofuran, or dimethoxyethane.
В частных вариантах воплощения изобретения нитрил выбирается независимо и представляет собой ацетонитрил или пропионитрил.In particular embodiments, the nitrile is independently selected and is acetonitrile or propionitrile.
В частных вариантах воплощения изобретения сульфон выбирается независимо и представляет собой сульфолан или диметилсульфон.In particular embodiments, the sulfone is independently selected and is sulfolane or dimethyl sulfone.
В частных вариантах воплощения изобретения сульфоксид выбирается независимо и представляет собой диметилсульфоксид или метилэтилсульфоксид.In particular embodiments, the sulfoxide is independently selected and is dimethyl sulfoxide or methylethyl sulfoxide.
В частных вариантах воплощения изобретения амид выбирается независимо и представляет собой диметилформамид или N-метил-2-пирролидон.In particular embodiments, the amide is independently selected and is dimethylformamide or N- methyl-2-pyrrolidone.
В частных вариантах воплощения изобретения католит дополнительно содержит электрохимически стабильную соль, при следующем соотношении компонентов в мас. %:In particular embodiments of the invention, the catholyte additionally contains an electrochemically stable salt, with the following ratio of components in wt. %:
- редокс-активное соединение общей формулы Ф1 - 0.1-99.9999;- redox-active compound of general formula F1 - 0.1-99.9999;
- электрохимически стабильная соль - 0.0001-99.9.- electrochemically stable salt - 0.0001-99.9.
В частных вариантах воплощения изобретения электрохимически стабильная соль содержит:In particular embodiments of the invention, the electrochemically stable salt comprises:
- один из следующих катионов: Li+, Na+, K+, R'4N+, где R' выбирается независимо и представляет собой алкил -CnH2n+1, где n=1-8, N-бутил-N-метилпирролидиний, трис(гексилтетрадецил)фосфоний, 1-бутил-3-метилимидазолий, 1-гексил-3-метилимидазолий, 1-бутил-3-метилимидазолий;- one of the following cations: Li + , Na + , K + , R ' 4 N + , where R' is independently selected and represents alkyl -C n H 2n + 1 , where n = 1-8, N -butyl- N -methylpyrrolidinium, tris (hexyltetradecyl) phosphonium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium;
- один из следующих анионов: F-, Cl-, PF6 -, ClO4 -, бис(трифторметилсульфонил)имид анион, CF3SO3 -, [B(CN)4]-, BF4 -, [F3P(C2F5)3]-, [F3P(CF3)3]-, CF3COO-.- one of the following anions: F - , Cl - , PF 6 - , ClO 4 - , bis (trifluoromethylsulfonyl) imide anion, CF 3 SO 3 - , [B (CN) 4 ] - , BF 4 - , [F 3 P (C 2 F 5 ) 3 ] - , [F 3 P (CF 3 ) 3 ] - , CF 3 COO - .
В частных вариантах воплощения изобретения анолит содержит производное феназина общей формулы А3:In particular embodiments of the invention, the anolyte contains a phenazine derivative of general formula A3:
, ,
в которой заместители R7 и R8 выбираются независимо и представляет собой:in which the substituents R 7 and R 8 are independently selected and represents:
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12.- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12.
Настоящее изобретение также включает католит для электрохимического источника тока, включающий, по меньшей мере, одно производное трифениламина общей формулы Ф1:The present invention also includes a catholyte for an electrochemical power source comprising at least one triphenylamine derivative of general formula F1:
где в общей формуле Ф1 заместитель R выбирается независимо и представляет собой:where in the general formula F1 the substituent R is selected independently and represents:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- нитрильную группу -CN;- nitrile group -CN;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10; или- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10; or
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
заместитель R1 выбирается независимо и представляет собой:substituent R 1 is selected independently and represents:
а) фрагмент замещенного дифениламина:a) a fragment of a substituted diphenylamine:
в котором заместители R3 и R4 выбираются независимо и представляют собой:in which the substituents R 3 and R 4 are independently selected and represent:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
б) один из нижеследующих заместителей:b) one of the following substituents:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- нитрильную группу -CN;- nitrile group -CN;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12.- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12.
заместитель R2 выбирается независимо и представляет собой:substituent R 2 is selected independently and represents:
а) фрагмент замещенного дифениламина:a) a fragment of a substituted diphenylamine:
в котором заместители R5 и R6 выбираются независимо и представляют собой:in which the substituents R 5 and R 6 are independently selected and represent:
- атом галогена -F, -Cl или -Br;- a halogen atom -F, -Cl or -Br;
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирную группу -COO(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
б) один из нижеследующих заместителей:b) one of the following substituents:
- углеводородный радикал -CnH2n+1, где n= 1 - 20;- hydrocarbon radical -C n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COOCnH2n+1, где n= 1 - 20;- ester group -COOC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -COO(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ester group -COO (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- сложноэфирная группа -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12;- ester group -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12;
- остаток простого эфира -O-CnH2n+1, где n= 1 - 20;- the remainder of the simple ether -OC n H 2n + 1 , where n = 1 - 20;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nH, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n H, where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCH3, где n=1-10;- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 , where n = 1-10;
- эфирный заместитель на основе олигоэтиленгликоля -O(CH2CH2O)nCmH2m+1, где n=1-10, m=1-12.- ether substituent based on oligoethylene glycol -O (CH 2 CH 2 O) n C m H 2m + 1 , where n = 1-10, m = 1-12.
В частных вариантах воплощения изобретения католит, содержит смесь по крайней мере двух различных соединений формулы Ф1.In particular embodiments of the invention, the catholyte contains a mixture of at least two different compounds of formula F1.
В частных вариантах воплощения изобретения католит дополнительно содержит растворитель в виде воды и/или по крайней мере одного органического растворителя, выбранного из группы: органические карбонаты, органические эфиры, нитрилы, сульфоны, сульфоксиды, амиды, при следующем соотношении компонентов в мас. %:In particular embodiments of the invention, the catholyte additionally contains a solvent in the form of water and / or at least one organic solvent selected from the group: organic carbonates, organic ethers, nitriles, sulfones, sulfoxides, amides, in the following ratio of components in wt. %:
- редокс-активное соединение общей формулы Ф1 - 0.1-99.9999;- redox-active compound of general formula F1 - 0.1-99.9999;
- растворитель - 0.0001- 99.9.- solvent - 0.0001-99.9.
В частных вариантах воплощения изобретения органический карбонат выбирается независимо и представляет собой этиленкарбонат, диметилкарбонат, диэтилкарбонат, пропиленкарбонат.In particular embodiments of the invention, the organic carbonate is independently selected and is ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate.
В частных вариантах воплощения изобретения органический эфир выбирается независимо и представляет собой дибутиловый эфир, тетрагидрофуран или диметоксиэтан.In particular embodiments, the organic ether is independently selected and is dibutyl ether, tetrahydrofuran, or dimethoxyethane.
В частных вариантах воплощения изобретения нитрил выбирается независимо и представляет собой ацетонитрил или пропионитрил.In particular embodiments, the nitrile is independently selected and is acetonitrile or propionitrile.
В частных вариантах воплощения изобретения сульфон выбирается независимо и представляет собой сульфолан или диметилсульфон.In particular embodiments, the sulfone is independently selected and is sulfolane or dimethyl sulfone.
В частных вариантах воплощения изобретения сульфоксид выбирается независимо и представляет собой диметилсульфоксид или метилэтилсульфоксид.In particular embodiments, the sulfoxide is independently selected and is dimethyl sulfoxide or methylethyl sulfoxide.
В частных вариантах воплощения изобретения амид выбирается независимо и представляет собой диметилформамид или N-метил-2-пирролидон.In particular embodiments, the amide is independently selected and is dimethylformamide or N- methyl-2-pyrrolidone.
В частных вариантах воплощения изобретения католит дополнительно содержит электрохимически стабильную соль, при следующем соотношении компонентов в мас. %:In particular embodiments of the invention, the catholyte additionally contains an electrochemically stable salt, with the following ratio of components in wt. %:
- редокс-активное соединение общей формулы Ф1 - 0.1-99.9999;- redox-active compound of general formula F1 - 0.1-99.9999;
- электрохимически стабильная соль - 0.0001- 99.9.- electrochemically stable salt - 0.0001-99.9.
В частных вариантах воплощения изобретения католит характеризуется тем, что электрохимически стабильная соль содержит:In particular embodiments of the invention, the catholyte is characterized in that the electrochemically stable salt contains:
- один из следующих катионов: Li+, Na+, K+, R'4N+, где R' выбирается независимо и представляет собой алкил -CnH2n+1, где n=1-8, N-бутил-N-метилпирролидиний, трис(гексилтетрадецил)фосфоний, 1-бутил-3-метилимидазолий, 1-гексил-3-метилимидазолий, 1-бутил-3-метилимидазолий;- one of the following cations: Li + , Na + , K + , R ' 4 N + , where R' is independently selected and represents alkyl -C n H 2n + 1 , where n = 1-8, N -butyl- N -methylpyrrolidinium, tris (hexyltetradecyl) phosphonium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium;
- один из следующих анионов: F-, Cl-, PF6 -, ClO4 -, бис(трифторметилсульфонил)имид анион, CF3SO3 -, [B(CN)4]-, BF4 -, [F3P(C2F5)3]-, [F3P(CF3)3]-, CF3COO-.- one of the following anions: F - , Cl - , PF 6 - , ClO 4 - , bis (trifluoromethylsulfonyl) imide anion, CF 3 SO 3 - , [B (CN) 4 ] - , BF 4 - , [F 3 P (C 2 F 5 ) 3 ] - , [F 3 P (CF 3 ) 3 ] - , CF 3 COO - .
Изобретение также включает получение соединений общей формулы Ф1.The invention also includes the preparation of compounds of general formula F1.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Фигура 1. Циклическая вольтамперограмма трифениламина.Figure 1. Cyclic voltammogram of triphenylamine.
Фигура 2. Описанный механизм полимеризации трифениламина [E.T. Seo, R.F. Nelson, J.M. Fritsch, L.S. Marcoux, D.W. Leedy, R.N. Adams, J. Am. Chem. Soc. 178 (1966) 3498-3503].Figure 2. The described mechanism of triphenylamine polymerization [E.T. Seo, R.F. Nelson, J.M. Fritsch, L.S. Marcoux, D.W. Leedy, R.N. Adams, J. Am. Chem. Soc. 178 (1966) 3498-3503].
Фигура 3. Циклические вольтамперограммы 4 (дифениламин)бензальдегида.Figure 3. Cyclic voltammograms of 4 (diphenylamine) benzaldehyde.
Фигура 4. Циклические вольтамперограммы 4 (дифениламин)бензойной кислоты.Figure 4. Cyclic voltammograms of 4 (diphenylamine) benzoic acid.
Фигура 5. Циклические вольтамперограммы 4-(бис(4-бромфенил)амино)бензальдегида.Figure 5. Cyclic voltammograms of 4- (bis (4-bromophenyl) amino) benzaldehyde.
Фигура 6. Циклические вольтамперограммы 4 (бис(4-бромфенил)амино)бензойной кислоты.Figure 6. Cyclic voltammograms of 4 (bis (4-bromophenyl) amino) benzoic acid.
Фигура 7. Циклические вольтамперограммы 4-(2-(2-метокси)этокси)-N,N-дифениламина.Figure 7. Cyclic voltammograms of 4- (2- (2-methoxy) ethoxy) -N, N-diphenylamine.
Фигура 8. Циклические вольтамперограммы 4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)-N-(4-(2-(2 метоксиэтоксти)этокси)фенил)-N-фениланилина.Figure 8. Cyclic voltammograms of 4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) - N - (4- (2- (2methoxyethoxy) ethoxy) phenyl) - N- phenylaniline.
Фигура 9. Циклические вольтамперограммы N 1,N 4-бис(4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)фенил)-N 1,N 4 дифенилбензил-1,4-диамина.Figure 9. Cyclic voltammograms of N 1 , N 4 -bis (4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenyl) - N 1 , N 4 diphenylbenzyl-1,4-diamine.
Фигура 10. Схема синтеза этиленгликолевых производных трифениламинов и N 1,N 1,N 4,N 4-тетраарилбензил-1,4-диаминов М1 - М4.Figure 10. Scheme of the synthesis of ethylene glycol derivatives of triphenylamines and N 1 , N 1 , N 4 , N 4 -tetraarylbenzyl-1,4-diamines M1 - M4.
Фигура 11. Циклические вольтамперограммы соединений М1 и М2 в диапазоне потенциалов от - 2,0 В до +1,0 В.Figure 11. Cyclic voltammograms of compounds M1 and M2 in the potential range from - 2.0 V to +1.0 V.
Фигура 12. Циклические вольтамперограммы соединений М3 и М4 в диапазоне потенциалов от - 2,0 В до +1,0 В.Figure 12. Cyclic voltammograms of compounds M3 and M4 in the potential range from - 2.0 V to +1.0 V.
Фигура 13. Циклические вольтамперограммы соединения М1.Figure 13. Cyclic voltammograms of compound M1.
Фигура 14. Циклические вольтамперограммы соединения М2.Figure 14. Cyclic voltammograms of compound M2.
Фигура 15. Циклические вольтамперограммы соединения М3.Figure 15. Cyclic voltammograms of compound M3.
Фигура 16. Циклические вольтамперограммы соединения М4.Figure 16. Cyclic voltammograms of compound M4.
Фигура 17. Структуры проточных аккумуляторов двух типов: с двумя емкостями для электролитов и с четырьмя емкостями для электролитов. На рисунке цифрами обозначены следующие компоненты: 1 - Емкость с католитом для ячейки с двумя резервуарами; 1' - Емкость с анолитом для ячейки с двумя резервуарами; 1 а -Резервуар для незаряженного католита; 1 б - Резервуар для заряженного католита; 1 ' a - Резервуар для незаряженного анолита; 1 ' б - Резервуар для заряженного анолита; 2, 2' - Насосы для прокачки католита и анолита к электрохимической ячейке; 3,3' - Шланги или трубопроводы для подвода электролитов к электрохимической ячейке; 4 - Катод; 4' - Анод; 5 - Зона протекания электрохимической реакции при катоде; 5' - Зона протекания электрохимической реакции при аноде; 6 - Сепаратор.Figure 17. Structures of flow-through accumulators of two types: with two reservoirs for electrolytes and with four reservoirs for electrolytes. The following components are numbered in the figure: 1 - Tank with catholyte for a cell with two tanks; 1 ' - Tank with anolyte for a cell with two tanks; 1 a - Reservoir for uncharged catholyte; 1 b - Reservoir for charged catholyte; 1 ' a - Tank for uncharged anolyte; 1 ' b - Reservoir for charged anolyte; 2 , 2 ' - Pumps for pumping catholyte and anolyte to the electrochemical cell; 3 , 3 ' - Hoses or pipelines for supplying electrolytes to the electrochemical cell; 4 - Cathode; 4 ' - Anode; 5 - Zone of the electrochemical reaction at the cathode; 5 ' - Zone of the electrochemical reaction at the anode; 6 - Separator.
Фигура 18. Структуры гибридных проточных аккумуляторов двух типов: с одной емкостью для католита и с двумя емкостями для католита. На рисунке цифрами обозначены следующие компоненты: 1 - Емкость с католитом для ячейки с одним резервуаром; 1 а - Резервуар для незаряженного католита; 1 б - Резервуар для заряженного католита; 2 - Насосы для прокачки католита к электрохимической ячейке; 3,3' - Шланги или трубопроводы для подвода католита к электрохимической ячейке; 4 - Катод; 4' - Анод; 5 -зона для католита, в которой осуществляется протекание электрохимической реакции при катоде (Зона протекания электрохимической реакции при катоде); 5' - зона для анолита, в которой осуществляется протекание электрохимической реакции при аноде (Зона протекания электрохимической реакции при аноде); 6 - Сепаратор.Figure 18. Structures of hybrid flow-through accumulators of two types: with one reservoir for catholyte and with two reservoirs for catholyte. The following components are numbered in the figure: 1 - Tank with catholyte for a cell with one tank; 1 a - Reservoir for uncharged catholyte; 1 b - Reservoir for charged catholyte; 2 - Pumps for pumping catholyte to the electrochemical cell; 3,3 ' - Hoses or pipelines for supplying the catholyte to the electrochemical cell; 4 - Cathode; 4 ' - Anode; 5 - zone for catholyte, in which the course of the electrochemical reaction at the cathode is carried out (Zone of the flow of the electrochemical reaction at the cathode); 5 ' - zone for anolyte, in which the course of the electrochemical reaction at the anode is carried out (Zone of the course of the electrochemical reaction at the anode); 6 - Separator.
Фигура 19. Структура проточного аккумулятора. На рисунке цифрами обозначены следующие компоненты: 1 - Емкость с католитом; 1' - Емкость с анолитом; 2, 2' - Перистальтические насосы; 3, 3' - Шланги для подводов электролитов к электрохимической ячейке; 4 - Катод; 4' - Анод; 5 -зона для католита, в которой осуществляется протекание электрохимической реакции при катоде (Зона протекания электрохимической реакции при катоде); 5' - зона для анолита, в которой осуществляется протекание электрохимической реакции при аноде (Зона протекания электрохимической реакции при аноде); 6 - Мембрана Neosepta AHA.Figure 19. The structure of the flow accumulator. In the figure, the following components are indicated by numbers: 1 - Tank with catholyte; 1 ' - Container with anolyte; 2 , 2 ' - Peristaltic pumps; 3 , 3 ' - Hoses for supplying electrolytes to the electrochemical cell; 4 - Cathode; 4 ' - Anode; 5 - zone for catholyte, in which the course of the electrochemical reaction at the cathode is carried out (Zone of the flow of the electrochemical reaction at the cathode); 5 ' - zone for anolyte, in which the course of the electrochemical reaction at the anode is carried out (Zone of the course of the electrochemical reaction at the anode); 6 - Neosepta AHA membrane.
Фигура 20. Структура электрохимической ячейки проточного аккумулятора. На рисунке цифрами обозначены следующие компоненты: 1 - Металлические удерживающие пластины; 2 - тефлоновые изолирующие пластины; 3 - графитовые токоподводящие электродные пластины; 4 - тефлоновые распределительные пластины; 5 - электроды из графитового фетра толщиной 6 мм, размерами 2×2 см; 6 - Мембрана Neosepta AHA.Figure 20. The structure of the electrochemical cell of the flow accumulator. The following components are numbered in the figure: 1 - Metal retaining plates; 2 - teflon insulating plates; 3 - graphite current-supplying electrode plates; 4 - teflon distribution plates; 5 - electrodes made of graphite felt 6 mm thick, 2 × 2 cm in size; 6 - Neosepta AHA membrane.
Фигура 21. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1.Figure 21. Charge-discharge characteristics; dependences of charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through accumulator with a catholyte based on the M1 compound.
Фигура 22. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М2.Figure 22. Charge-discharge characteristics; dependences of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through accumulator with a catholyte based on the M2 compound.
Фигура 23. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М3.Figure 23. Charge-discharge characteristics; dependences of charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through accumulator with a catholyte based on the M3 compound.
Фигура 24. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М4.Figure 24. Charge-discharge characteristics; dependences of charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through battery with a catholyte based on the M4 compound.
Фигура 25. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточных аккумуляторов с католитом на основе соединения М1 в концентрации 50 ммоль/л.Figure 25. Charge-discharge characteristics; dependence of charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for flow-through batteries with catholyte based on compound M1 at a concentration of 50 mmol / L.
Фигура 26. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 и поддерживающей проводимость солью NaClO4.Figure 26. Charge-discharge characteristics; the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through battery with a catholyte based on compound M1 and NaClO 4 salt that maintains conductivity.
Фигура 27. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 и поддерживающей проводимость солью TBAPF6.Figure 27. Charge-discharge characteristics; dependences of charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through accumulator with a catholyte based on the M1 compound and a TBAPF 6 salt maintaining conductivity.
Фигура 28. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 и поддерживающей проводимость солью LiClO4.Figure 28. Charge-discharge characteristics; the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through battery with a catholyte based on compound M1 and a conductivity-maintaining salt LiClO 4 .
Фигура 29. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточных аккумуляторов с католитом на основе соединения М1 и поддерживающей проводимость солью LiPF6.Figure 29. Charge-discharge characteristics; dependences of the charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for flow-through batteries with a catholyte based on the M1 compound and a conductive LiPF 6 salt.
Фигура 30. Структура соединения А2 (2,3-бис(2-(2-метоксиэтокси)этокси)феназин).Figure 30. Structure of compound A2 (2,3-bis (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenazine).
Фигура 31. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 и анолитом на основе соединения А2.Figure 31. Charge-discharge characteristics; the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through accumulator with a catholyte based on the M1 compound and an anolyte based on the A2 compound.
Фигура 32. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М3 и анолитом на основе соединения А2.Figure 32. Charge-discharge characteristics; the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through battery with a catholyte based on the M3 compound and an anolyte based on the A2 compound.
Фигура 33. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для проточного аккумулятора с несмешанными электролитами: католитом на основе соединения М1, анолитом на основе соединения А2.Figure 33. Charge-discharge characteristics; dependences of charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for a flow-through battery with unmixed electrolytes: catholyte based on compound M1, anolyte based on compound A2.
Фигура 34. Структура электрохимической ячейки (h-cell). На рисунке цифрами обозначены следующие компоненты: 1 - Емкость с католитом; 1' - Емкость с анолитом; 2 - Катион-обменная композитная мембрана Li1.4Al0.4Ge0.2Ti1.4(PO4)3; 3 - Катод из графитового фетра; 3' - Анод из графитового фетра; 4 - Токосъемники.Figure 34. Structure of an electrochemical cell (h-cell). In the figure, the following components are indicated by numbers: 1 - Tank with catholyte; 1 ' - Container with anolyte; 2 - Cation-exchange composite membrane Li1.4Al 0.4 Ge0.2Ti 1.4 (PO 4 ) 3 ; 3 - Cathode made of graphite felt; 3 ' - Graphite felt anode; 4 - Current collectors.
Фигура 35. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для электрохимической ячейки (h-cell) с католитом на основе соединения М1.Figure 35. Charge-discharge characteristics; dependences of the charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for an electrochemical cell (h-cell) with a catholyte based on the M1 compound.
Фигура 36. Структура электрохимической ячейки (coin-type cell). На рисунке цифрами обозначены следующие компоненты: 1 - Крышка ячейки; 2 - Углеродная бумага, пропитанная растворим католита; 3 - Керамическая мембрана; 4 -Литиевый анод; 5 - Металлический диск - спейсер; 6 - Пружина; 7 -Дно ячейки.Figure 36. Structure of an electrochemical cell (coin-type cell). In the figure, the following components are indicated by numbers: 1 - Cell cover; 2 - Carbon paper impregnated with soluble catholyte; 3 - Ceramic membrane; 4 -Lithium anode; 5 - Metal disk - spacer; 6 - Spring; 7 -Bottom of the cell.
Фигура 37. Циклическая вольтамперограмма электрохимической ячейки на основе соединения М3 с применением литиевого анода.Figure 37. Cyclic voltammogram of an electrochemical cell based on compound M3 using a lithium anode.
Фигура 38. Заряд-разрядные характеристики; зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла для электрохимической ячейки на основе соединения М3 с применением литиевого анода.Figure 38. Charge-discharge characteristics; dependences of charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number for an electrochemical cell based on compound M3 using a lithium anode.
Определение и терминыDefinition and terms
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.For a better understanding of the present invention, below are some of the terms used in the present description of the invention. Unless otherwise specified, technical and scientific terms in this application have the standard meanings generally accepted in the scientific and technical literature.
В настоящем описании и в формуле изобретения термины «включает», «включающий» и «включает в себя», «имеющий», «содержащий» и другие их грамматические формы не предназначены для истолкования в исключительном смысле, а, напротив, используются в неисключительном смысле (т.е., в смысле «имеющий в своем составе»). В качестве исчерпывающего перечня следует рассматривать только выражения типа «состоящий из».In the present description and in the claims, the terms "includes", "including" and "includes", "having", "containing" and their other grammatical forms are not intended to be construed in an exclusive sense, but, on the contrary, are used in a non-exclusive sense (ie, in the sense of "having in its composition"). Only expressions of the type “consisting of” should be considered as an exhaustive list.
В данном документе под термином углеводородный радикал «-CnH2n+1» или «CmH2m+1» понимается как неразветвленный, так и разветвленный алкил, обычно имеющим от одного до двадцати атомов углерода или от одного до двенадцати атомов углерода. В некоторых частных вариантах воплощения изобретения данный радикал представляет собой метил, этил, пропил, изопропил, бутил, изобутил и другие.As used herein, the term “—C n H 2n + 1 ” or “C m H 2m + 1 ” hydrocarbon radical refers to both straight and branched alkyl, usually having from one to twenty carbon atoms or from one to twelve carbon atoms. In some particular embodiments of the invention, this radical is methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, and others.
Подробное раскрытие изобретенияDetailed disclosure of the invention
Соединения, являющиеся предметом настоящего изобретения, могут быть получены с использованием описанных ниже синтетических методов. Перечисленные методы не являются исчерпывающими и допускают введение разумных модификаций. Указанные реакции должны проводиться с использованием подходящих растворителей и материалов. При реализации данных методик для синтеза конкретных веществ необходимо учитывать присутствующие в веществах функциональные группы и их влияние на протекание реакции. Для получения некоторых веществ необходимо изменить порядок стадий либо отдать предпочтение одной из нескольких альтернативных схем синтеза. Следует понимать, что эти и все приведенные в материалах заявки примеры не являются ограничивающими и приведены только для иллюстрации настоящего изобретения.The compounds of the present invention can be prepared using the synthetic methods described below. The methods listed are not exhaustive and can be reasonably modified. These reactions must be carried out using suitable solvents and materials. When implementing these methods for the synthesis of specific substances, it is necessary to take into account the functional groups present in the substances and their influence on the course of the reaction. To obtain some substances, it is necessary to change the order of the steps or to give preference to one of several alternative synthesis schemes. It should be understood that these and all examples given in the application materials are not limiting and are given only to illustrate the present invention.
Химия триариламинов и N 1 ,N 1 ,N 4 ,N 4 -тетраарилбензил-1,4-диаминов хорошо изучена. Представленные производные могут быть синтезированы различными методами, например: из производных анилина и/или дифениламина по реакциям с арилбромидами в присутствии медного катализатора по реакции Ульмана [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376]; в присутствии палладиевого катализатора по реакции Бухвальда-Хартвига [Y.J. Cheng, J. Luo, S. Hau, D.H. Bale, T.D. Kim, Z. Shi, D.B. Lao, N.M. Tucker, Y. Tian, L.R. Dalton, P.J. Reid, A.K.Y. Jen, Chem. Mater. 19 (2007) 1154-1163]; путем введения различных заместителей в структуру трифениламина методами бромирования [Y. Liu, R. Sakamoto, C.L. Ho, H. Nishihara, W.Y. Wong, J. Mater. Chem. C. 7 (2019) 9159-9166], ацилирования [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376] или замещения атомов галогена в бензольном кольце [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376].The chemistry of triarylamines and N 1 , N 1 , N 4 , N 4 -tetraarylbenzyl-1,4-diamines is well studied. The presented derivatives can be synthesized by various methods, for example: from derivatives of aniline and / or diphenylamine by reactions with aryl bromides in the presence of a copper catalyst according to the Ulman reaction [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376]; in the presence of a palladium catalyst according to the Buchwald-Hartwig reaction [YJ Cheng, J. Luo, S. Hau, DH Bale, TD Kim, Z. Shi, DB Lao, NM Tucker, Y. Tian, LR Dalton, PJ Reid, AKY Jen, Chem. Mater. 19 (2007) 1154-1163]; by introducing various substituents into the structure of triphenylamine by bromination methods [Y. Liu, R. Sakamoto, CL Ho, H. Nishihara, WY Wong, J. Mater. Chem. C. 7 (2019) 9159-9166], acylation [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376] or substitution of halogen atoms in the benzene ring [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376].
Соединения М1-М4, являющиеся частными примерами, соответствующими общей формуле Ф1, были синтезированы согласно схеме, представленной на Фиг. 10. Соединение (1) было получено по ранее описанным методикам [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376; Y. Kim, J. Choi, C. Lee, Y. Kim, C. Kim, T.L. Nguyen, B. Gautam, K. Gundogdu, H.Y. Woo, B.J. Kim, Chem. Mater. 30 (2018) 5663-5672], а соединение (2) - по методике [W. Liu, L. Liang, P.K. Lo, X.J. Gou, X.H. Sun, Tetrahedron Lett. 57 (2016) 959-963]. Для иллюстрации реализуемости приведенного на Фиг. 10 подхода ниже приведены методики синтеза соединений М1 - М4.Compounds M1-M4, which are particular examples corresponding to the general formula F1, were synthesized according to the scheme shown in FIG. 10. Compound (1) was obtained according to the previously described methods [K. Willinger, K. Fischer, R. Kisselev, M. Thelakkat, J. Mater. Chem. 19 (2009) 5364-5376; Y. Kim, J. Choi, C. Lee, Y. Kim, C. Kim, T.L. Nguyen, B. Gautam, K. Gundogdu, H.Y. Woo, B.J. Kim, Chem. Mater. 30 (2018) 5663-5672], and compound (2) - according to the method [W. Liu, L. Liang, P.K. Lo, X.J. Gou, X.H. Sun, Tetrahedron Lett. 57 (2016) 959-963]. To illustrate the feasibility shown in FIG. 10 approaches below are the methods for the synthesis of compounds M1 - M4.
Синтез 4-бромо-N-(4-бромфенил)-N-(4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)фенил)анилина (М1)Synthesis of 4-bromo-N- (4-bromophenyl) -N- (4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenyl) aniline (M1)
Дифениламин (0,61 г; 3,60 ммоль), 1-бромо-4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)бензол (0,99 г; 3,60 ммоль), бис(дибензалиденацетон)палладий(0) (100 мг; 0,17 ммоль), трет-бутилат натрия (0,69 г; 7,20 ммоль), трибутилфосфин (14 мг; 0,7 ммоль) и 60 мл толуола помещали в круглодонную колбу с обратным холодильником. Реакционную смесь продували аргоном 15 минут, затем кипятили течение 5 часов. Протекание реакции контролировали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Далее реакционную смесь остужали, промывали 30-ю мл ледяной дистиллированной воды, продукт экстрагировали толуолом, органическую фракцию отделяли, высушивали над Na2SO4 и упаривали.Diphenylamine (0.61 g; 3.60 mmol), 1-bromo-4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) benzene (0.99 g; 3.60 mmol), bis (dibenzalideneacetone) palladium (0) (100 mg; 0.17 mmol), sodium tert- butylate (0.69 g; 7.20 mmol), tributylphosphine (14 mg; 0.7 mmol) and 60 ml of toluene were placed in a round bottom flask with a reflux condenser. The reaction mixture was purged with argon for 15 minutes, then refluxed for 5 hours. The progress of the reaction was monitored by high performance liquid chromatography. Then the reaction mixture was cooled, washed with 30 ml of ice-cold distilled water, the product was extracted with toluene, the organic fraction was separated, dried over Na 2 SO 4 and evaporated.
Далее полученную темно-желтую жидкость (1,12 г; 3,05 ммоль) растворяли в 20 мл диметилформамида (ДМФА). К полученному раствору добавляли N-бромсукцинимид (NBS) (1,11 г; 6,25 ммоль) небольшими порциями в течение 30 минут, после чего реакционную смесь перемешивали в течение 1 часа. Полученный раствор промывали насыщенным водным раствором NaHCO3, продукт экстрагировали толуолом, органический экстракт высушивали над Na2SO4 и упаривали. Чистый продукт получили с выходом 1,46 г, 78%.Next, the resulting dark yellow liquid (1.12 g; 3.05 mmol) was dissolved in 20 ml of dimethylformamide (DMF). To the resulting solution was added N- bromosuccinimide (NBS) (1.11 g; 6.25 mmol) in small portions over 30 minutes, after which the reaction mixture was stirred for 1 hour. The resulting solution was washed with a saturated aqueous solution of NaHCO 3 , the product was extracted with toluene, the organic extract was dried over Na 2 SO 4 and evaporated. The pure product was obtained with a yield of 1.46 g, 78%.
Синтез 4-бромо-N,N-бис(4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)фенил)анилина (М2)Synthesis of 4-bromo-N, N-bis (4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenyl) aniline (M2)
Соединение М2 получали аналогично соединению М1. Были использованы следующие реагенты: анилин (2,0 г; 21,5 ммоль), 1-бромо-4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)бензол (11,83 г; 43,0 ммоль), бис(дибензалиденацетон)палладий(0) (100 мг; 0,17 ммоль), трет-бутилат натрия (8,26 г; 86,0 ммоль), трибутилфосфин (14 мг; 0,7 ммоль) и 100 мл толуола. На второй стадии использовали полученный на первой стадии продукт (8,90 г; 18,5 ммоль), NBS (3,45 г; 19,42 ммоль) и 30 мл ДМФА. Чистый продукт получили с выходом 77% (9,28 г).Compound M2 was prepared analogously to compound M1. The following reagents were used: aniline (2.0 g; 21.5 mmol), 1-bromo-4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) benzene (11.83 g; 43.0 mmol), bis (dibenzalideneacetone ) palladium (0) (100 mg; 0.17 mmol), sodium tert- butylate (8.26 g; 86.0 mmol), tributylphosphine (14 mg; 0.7 mmol) and 100 ml of toluene. In the second stage, the product obtained in the first stage (8.90 g; 18.5 mmol), NBS (3.45 g; 19.42 mmol) and 30 ml of DMF were used. The pure product was obtained in 77% yield (9.28 g).
Синтез N1,N4-бис(4-бромфенил)-N1,N4-бис(4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)фенил)бензол-1,4-диамина (М3)Synthesis of N 1 , N 4 -bis (4-bromophenyl) -N 1 , N 4 -bis (4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenyl) benzene-1,4-diamine (M3)
Соединение М3 получали аналогично соединению М1. Были использованы следующие реагенты: N 1 ,N 4 -дифенилбензол-1,4-диамин (0,50 г; 1,92 ммоль), 1-бромо-4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)бензол (1,05 г; 3,84 ммоль), бис(дибензалиденацетон)палладий(0) (100 мг; 0,17 ммоль), трет-бутилат натрия (0,74 г; 7,68 ммоль), трибутилфосфин (14 мг; 0,7 ммоль) и 100 мл толуола. На второй стадии использовали полученный на первой стадии продукт (1,00 г; 1,55 ммоль), NBS (0,58 г; 3,25 ммоль) и 30 мл ДМФА. Чистый продукт получили с выходом 94% (1,17 г).Compound M3 was prepared analogously to compound M1. The following reagents were used: N 1 , N 4 -diphenylbenzene-1,4-diamine (0.50 g; 1.92 mmol), 1-bromo-4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) benzene (1, 05 g; 3.84 mmol), bis (dibenzalideneacetone) palladium (0) (100 mg; 0.17 mmol), sodium tert- butylate (0.74 g; 7.68 mmol), tributylphosphine (14 mg; 0, 7 mmol) and 100 ml of toluene. In the second stage, the product obtained in the first stage (1.00 g; 1.55 mmol), NBS (0.58 g; 3.25 mmol) and 30 ml of DMF were used. The pure product was obtained in 94% yield (1.17 g).
Синтез N1,N1,N4,N4-тетракис(4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)фенил)бензол-1,4-диамина (М4)Synthesis of N 1 , N 1 , N 4 , N 4 -tetrakis (4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenyl) benzene-1,4-diamine (M4)
Соединение М4 получали аналогично соединению М1. Были использованы следующие реагенты: 1,4-диаминобензол (0,33 г; 3,05 ммоль), 1-бромо-4-(2-(2-метоксиэтокси)этокси)бензол (3,35 г; 12,2 ммоль), бис(дибензалиденацетон)палладий(0) (100 мг; 0,17 ммоль), трет-бутилат натрия (2,34 г; 24,4 ммоль), трибутилфосфин (14 мг; 0,7 ммоль) и 100 мл толуола. Чистый продукт получили с выходом 77% (2,08 г).Compound M4 was prepared analogously to compound M1. The following reagents were used: 1,4-diaminobenzene (0.33 g; 3.05 mmol), 1-bromo-4- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) benzene (3.35 g; 12.2 mmol) , bis (dibenzalideneacetone) palladium (0) (100 mg; 0.17 mmol), sodium tert- butylate (2.34 g; 24.4 mmol), tributylphosphine (14 mg; 0.7 mmol) and 100 ml of toluene. The pure product was obtained in 77% yield (2.08 g).
Агрегатное состояние и растворимостьPhysical state and solubility
Важной особенностью соединений М1 и М2 является их жидкое агрегатное состояние при комнатной температуре, что позволяет смешивать данные соединения с ацетонитрилом в любых пропорциях, а также использовать М1 и М2 в качестве жидких катодных материалов без добавления растворителя. Для соединений М3 и М4 температуры плавления были измерены методом термогравиметрии и составили 51°С и 73°С соответственно, что позволяет их отнести к легкоплавким материалам. Соединения М3 и М4 также обладают высокой растворимостью в ацетонитриле, равняющейся 2,2 моль/л. Необходимо подчеркнуть, что легкоплавкость и высокая растворимость исследованных соединений является неожиданным результатом, не вытекающим из современного уровня науки и техники.An important feature of compounds M1 and M2 is their liquid state of aggregation at room temperature, which allows mixing these compounds with acetonitrile in any proportions, and also using M1 and M2 as liquid cathode materials without adding a solvent. For compounds M3 and M4, the melting points were measured by thermogravimetry and amounted to 51 ° C and 73 ° C, respectively, which allows them to be classified as low-melting materials. Compounds M3 and M4 also have a high solubility in acetonitrile, equal to 2.2 mol / L. It should be emphasized that the low melting point and high solubility of the investigated compounds is an unexpected result that does not follow from the current level of science and technology.
Электрохимические свойстваElectrochemical properties
Для применения новых соединений в электрохимических источниках тока необходимо знать потенциалы окисления-восстановления исследуемых молекул. Данный параметр определяет диапазон рабочих потенциалов аккумулятора, а также необходим для подбора оптимального анолита. Наиболее простым способом определения потенциала полуволны является измерение циклических вольтамперограмм соединений. Данные измерения для соединений М1-М4 были осуществлены в трехэлектродной ячейке с рабочим электродом из стеклоуглерода (d=5 мм), электродом сравнения Ag/Ag+ (Basi) и противоэлектродом из платиновой проволоки в инертной атмосфере аргона (перед началом эксперимента электрохимическую ячейку продували агроном в течение 15 минут). Концентрации активных веществ составляли 3 ммоль/л, концентрация поддерживающего электролита TBABF4 0,10 моль/л. Измерения проводились при скорости развертки 200 мВ/с на потенциостате Metrohm Autolab.To use new compounds in electrochemical current sources, it is necessary to know the oxidation-reduction potentials of the molecules under study. This parameter determines the range of operating potentials of the battery, and is also necessary for the selection of the optimal anolyte. The simplest way to determine the half-wave potential is to measure the cyclic voltammograms of the compounds. These measurements for M1-M4 compounds were carried out in a three-electrode cell with a glassy carbon working electrode (d = 5 mm), an Ag / Ag + (Basi) reference electrode, and a platinum wire counter electrode in an inert argon atmosphere (before the start of the experiment, the electrochemical cell was purged by an agronomist within 15 minutes). The concentration of active substances was 3 mmol / L, the concentration of the supporting electrolyte TBABF 4 was 0.10 mol / L. The measurements were carried out at a sweep rate of 200 mV / s on a Metrohm Autolab potentiostat.
Для каждого из соединений были проведены измерения циклических вольтамперограмм в широком диапазоне потенциалов от -2,0 В до +1,0 В. Результаты измерений представлены на Фиг. 11 и Фиг. 12. Значения потенциалов исследованных соединений составили: М1 - +0,57 В; М2 - +0,41 В; M3 - +0,22 В и +0,61 В; М4 - +0,03 В и +0,45 В против электрода сравнения Ag/AgNO3. Стоит отметить отсутствие побочных сигналов, указывающих на протекание нежелательных побочных реакций, в широком диапазоне потенциалов от -2,0 В до более чем -0,3 В. Отсутствие побочных реакций в данном диапазоне позволяет осуществить подбор анолита с потенциалом полуволны до -2,0 В против электрода сравнения Ag/AgNO3.Cyclic voltammograms were measured for each of the compounds over a wide potential range from -2.0 V to +1.0 V. The measurement results are shown in FIG. 11 and FIG. 12. The values of the potentials of the investigated compounds were: M1 - +0.57 V; M2 - +0.41 V; M3 - +0.22 V and +0.61 V; M4 - +0.03 V and +0.45 V against the Ag / AgNO 3 reference electrode. It should be noted that there are no side signals indicating the occurrence of unwanted side reactions in a wide range of potentials from -2.0 V to more than -0.3 V. The absence of side reactions in this range allows the selection of anolyte with a half-wave potential of up to -2.0 B against the reference electrode Ag / AgNO 3 .
Стабильность при электрохимическом окислительно-восстановительном циклированииStability on electrochemical redox cycling
Методом циклической вольтамперометрии возможно не только определять потенциал полуволны исследуемых соединений, но и исследовать стабильность и обратимость окислительно-восстановительного процесса. Для этого с исследуемой системы снимается серия циклических вольтамперограмм. При полном совпадении кривых, полученных в самом начале и в конце циклирования, можно сделать вывод о стабильности и обратимости окислительно-восстановительного процесса во времени в данных условиях, что дает основания полагать, что окислительно-восстановительный процесс также будет обратимым и стабильным в условиях работы проточного аккумулятора.By the method of cyclic voltammetry, it is possible not only to determine the half-wave potential of the compounds under study, but also to investigate the stability and reversibility of the redox process. For this, a series of cyclic voltammograms is taken from the system under study. With complete coincidence of the curves obtained at the very beginning and at the end of cycling, it can be concluded that the oxidation-reduction process is stable and reversible in time under these conditions, which suggests that the redox process will also be reversible and stable under flow-flow conditions. battery.
Каждое из соединений М1-М4 было исследовано методом многократной циклической вольтамперометрии. Для измерений были использованы электрохимическая ячейка и условия эксперимента, описанные выше. Полученные вольтамперные кривые представлены на Фиг. 13 - Фиг. 16. Необходимо подчеркнуть, что наблюдается полное совпадение 5-ого, 20-ого и 100-ого циклов для всех представленных соединений, что говорит о полной обратимости и высокой стабильности окислительно-восстановительного процесса.Each of the compounds M1-M4 was investigated by multiple cyclic voltammetry. For measurements, an electrochemical cell and the experimental conditions described above were used. The resulting volt-ampere curves are shown in FIG. 13 to FIG. 16. It should be emphasized that there is a complete coincidence of the 5th, 20th and 100th cycles for all the presented compounds, which indicates the complete reversibility and high stability of the redox process.
Использование соединений общей формулы Ф1 в качестве католитов в проточных и гибридных аккумуляторахUse of compounds of general formula F1 as catholytes in flow and hybrid batteries
В данном изобретении раскрывается применение соединений общей формулы Ф1 в качестве жидких катодных материалов в проточных и гибридных электрохимических ячейках.This invention discloses the use of compounds of general formula F1 as liquid cathode materials in flow-through and hybrid electrochemical cells.
На Фиг. 17. представлена типичная схема проточного аккумулятора. Описываемое устройство может состоять из следующих компонентов:FIG. 17 shows a typical diagram of a flow-through accumulator. The described device may consist of the following components:
- Емкости с католитом (жидким катодным материалом) и анолитом (жидким анодным материалом). Возможно наличие одного резервуара для католита (Фиг. 17, 1) и одного резервуара для анолита (Фиг. 17, 1'), в случае использования конструкции аккумулятора, в котором происходит смешение заряженных и незаряженных электролитов. В другом техническом исполнении, проточный аккумулятор может быть оснащен 4 резервуарами: резервуаром для незаряженного католита (Фиг. 17, 1 а ), резервуаром для заряженного католита (Фиг. 17, 1 б ), резервуаром для незаряженного анолита (Фиг. 17, 1' а ) и резервуаром для заряженного анолита (Фиг. 17, 1' б ).- Containers with catholyte (liquid cathode material) and anolyte (liquid anode material). It is possible to have one reservoir for the catholyte (Fig. 17, 1 ) and one reservoir for the anolyte (Fig. 17, 1 ' ), in the case of using a battery design in which charged and uncharged electrolytes are mixed. In another technical design, the flow accumulator can be equipped with 4 reservoirs: a reservoir for uncharged catholyte (Fig. 17, 1 a ), a reservoir for charged catholyte (Fig. 17, 1 b ), a reservoir for uncharged anolyte (Fig. 17, 1 ' a ) and a reservoir for a charged anolyte (Fig. 17, 1 ' b ).
- Насос(ы), обеспечивающий прокачку электролита (католита и/или анолита) через электрохимическую ячейку. Выбор насоса определяется его химической устойчивостью по отношению к используемым растворам электролитов. (Фиг. 17, 2 и 2')- Pump (s) providing pumping of electrolyte (catholyte and / or anolyte) through the electrochemical cell. The choice of a pump is determined by its chemical resistance to the electrolyte solutions used. (Fig. 17, 2 and 2 ' )
- Шланги или трубопроводы для подвода электролитов к электрохимической ячейке (Фиг. 17, 3 и 3')- Hoses or pipelines for supplying electrolytes to the electrochemical cell (Fig. 17, 3 and 3 ' )
- Электроды (катод и анод), которые могут быть изготовлены из металла (платина, медь, сталь и др.), углеродных материалов (графит, композиты на основе графита с полимерными материалами, графитовый фетр, углеродная бумага и др.), неорганических композитов или комбинации указанных материалов. (Фиг. 17, 4 и 4')- Electrodes (cathode and anode), which can be made of metal (platinum, copper, steel, etc.), carbon materials (graphite, composites based on graphite with polymer materials, graphite felt, carbon paper, etc.), inorganic composites or a combination of these materials. (Fig. 17, 4 and 4 ' )
- Зона протекания электрохимической реакции при катоде и зона протекания электрохимической реакции при аноде (Фиг. 17, 5 и 5')- The zone of the flow of the electrochemical reaction at the cathode and the zone of the flow of the electrochemical reaction at the anode (Fig. 17, 5 and 5 ' )
- Мембрана или сепаратор (Фиг. 17, 6), располагающийся между катодной и анодной областью. Сепаратор предназначен для селективного транспорта положительных или отрицательных ионов к электродам в процессе заряда или разряда проточного аккумулятора. Сепаратор может представлять из себя полимерную анион- или катион- обменную мембрану (например, катионообменную мембрану Nafion® или анионообменную мембрану Neosepta или др.); ион-проводящую керамическую мембрану (например, LISICON и др.); соединения на основе цеолитов; пористый, керамический или другой тип сепаратора. В простейшем случае, сепаратор может быть пористой полимерной мембраной с оптимальным размером пор, обеспечивающих транспорт небольших по размеру ионов и блокирующих перенос редокс-активных соединений в любом из зарядовых состояний (примерами могут быть мембраны для диализа, сепараторы Celgard, применяемые в металл-ионных аккумуляторах).- Membrane or separator (Fig. 17, 6 ), located between the cathode and anode region. The separator is designed for the selective transport of positive or negative ions to the electrodes during the charging or discharging of the flow battery. The separator can be a polymeric anion or cation exchange membrane (for example, a Nafion® cation exchange membrane or a Neosepta anion exchange membrane, etc.); ion-conducting ceramic membrane (for example, LISICON, etc.); zeolite-based compounds; porous, ceramic or other type of separator. In the simplest case, the separator can be a porous polymeric membrane with an optimal pore size that provides the transport of small ions and blocks the transfer of redox-active compounds in any of the charge states (examples are dialysis membranes, Celgard separators used in metal-ion batteries ).
Подчеркнем, что проточные аккумуляторы могут быть изготовлены и в других конструкционных исполнениях, что никак не накладывает ограничений на возможность использования в них в качестве католитов соединений общей формулы Ф1.We emphasize that flow accumulators can also be manufactured in other designs, which in no way imposes restrictions on the possibility of using compounds of the general formula F1 in them as catholytes.
На Фиг. 18. представлена схема гибридного аккумулятора. Описываемое устройство состроит из следующих компонентов:FIG. 18 shows a diagram of a hybrid battery. The described device will consist of the following components:
- Одной емкости, в которой смешивается заряженный и незаряженный католит. (Фиг. 18, 1). В другом техническом решении аккумулятор оснащен двумя отдельными емкостями для разряженного (Фиг. 18, 1 a ) и заряженного (Фиг. 18, 1 б ) католита.- One container in which charged and uncharged catholyte is mixed. (Fig. 18, 1 ). In another technical solution, the battery is equipped with two separate containers for discharged (Fig. 18, 1 a ) and charged (Fig. 18, 1 b ) catholyte.
- Насос(ы), обеспечивающий прокачку электролита (католита) через электрохимическую ячейку. Выбор насоса определяется его химической устойчивостью по отношению к используемым растворам электролитов. (Фиг. 18, 2)- Pump (s) providing pumping of electrolyte (catholyte) through the electrochemical cell. The choice of a pump is determined by its chemical resistance to the electrolyte solutions used. (Fig. 18, 2 )
- Шланги или трубопроводы для подвода электролитов к электрохимической ячейке (Фиг. 18, 3)- Hoses or pipelines for supplying electrolytes to the electrochemical cell (Fig. 18, 3 )
- Положительный электрод (катод), который может быть изготовлен из металла (платина, медь, сталь и др.), углеродных материалов (графит, композиты на основе графита с полимерными материалами, графитовый фетр, углеродная бумага и др.), неорганических композитов или комбинации указанных материалов. (Фиг. 18, 4)- Positive electrode (cathode), which can be made of metal (platinum, copper, steel, etc.), carbon materials (graphite, composites based on graphite with polymer materials, graphite felt, carbon paper, etc.), inorganic composites or combinations of these materials. (Fig. 18, 4 )
- Отрицательный электрод (анод), который может быть изготовлен из щелочного металла (например, лития, натрия, калия или их сплавов), щелочноземельного металла (кальций, магний), цинка, алюминия или иного неорганического или органического редокс-активного материала. (Фиг. 18, 4')- Negative electrode (anode), which can be made of alkali metal (for example, lithium, sodium, potassium or their alloys), alkaline earth metal (calcium, magnesium), zinc, aluminum or other inorganic or organic redox-active material. (Fig. 18, 4 ' )
- Зона протекания электрохимической реакции при катоде и зона протекания электрохимической реакции при аноде (Фиг. 18, 5 и 5' соответственно)- The zone of the flow of the electrochemical reaction at the cathode and the zone of the flow of the electrochemical reaction at the anode (Fig. 18, 5 and 5 ', respectively)
- Мембрана или сепаратор (Фиг. 18, 6), располагающийся между катодной и анодной областью. Сепаратор предназначен для селективного транспорта положительных или отрицательных ионов к электродам в процессе заряда или разряда проточного аккумулятора. Сепаратор может представлять из себя полимерную анион- или катион- обменную мембрану (например, катионообменную мембрану Nafion® или анионообменную мембрану Neosepta или др.); ион-проводящую керамическую мембрану (например, LISICON и др.); соединения на основе цеолитов; пористый, керамический или другой тип сепаратора. В простейшем случае, сепаратор может быть пористой полимерной мембраной с оптимальным размером пор, обеспечивающих транспорт небольших по размеру ионов и блокирующих перенос редокс-активных соединений в любом из зарядовых состояний (примерами могут быть мембраны для диализа, сепараторы Celgard, применяемые в металл-ионных аккумуляторах).- Membrane or separator (Fig. 18, 6 ), located between the cathode and anode region. The separator is designed for the selective transport of positive or negative ions to the electrodes during the charging or discharging of the flow battery. The separator can be a polymeric anion or cation exchange membrane (for example, a Nafion® cation exchange membrane or a Neosepta anion exchange membrane, etc.); ion-conducting ceramic membrane (for example, LISICON, etc.); zeolite-based compounds; porous, ceramic or other type of separator. In the simplest case, the separator can be a porous polymeric membrane with an optimal pore size that provides the transport of small ions and blocks the transfer of redox-active compounds in any of the charge states (examples are dialysis membranes, Celgard separators used in metal-ion batteries ).
Подчеркнем, что гибридные аккумуляторы могут быть изготовлены и в других конструкционных исполнениях, что никак не накладывает ограничений на возможность использования в них в качестве католитов соединений общей формулы Ф1.We emphasize that hybrid batteries can be manufactured in other designs, which in no way imposes restrictions on the possibility of using compounds of general formula F1 in them as catholytes.
Католит и/или анолит, используемые в описанных выше аккумуляторах, могут представлять собой:The catholyte and / or anolyte used in the batteries described above can be:
а) Жидкое редокс-активное соединение, используемое без дополнительных добавок.a) Liquid redox-active compound used without additional additives.
б) Смесь двух или более редокс-активных соединений.b) A mixture of two or more redox-active compounds.
в) Раствор редокс-активного соединения в подходящем растворителе в концентрации от 0,1 до 99,99 массовых процента. Растворитель может представлять собой воду, либо чистое органическое соединение, либо смесь двух или более соединений. Может использоваться как один общий растворитель для католита и анолита, так и различные. Могут использоваться такие растворители, как органические карбонаты (например, этиленкарбонат), эфиры (например, дибутиловый эфир, диметоксиэтан), нитрилы (например, ацетонитрил) и другие.c) A solution of the redox active compound in a suitable solvent at a concentration of 0.1 to 99.99 weight percent. The solvent can be water, or a pure organic compound, or a mixture of two or more compounds. It can be used as one common solvent for catholyte and anolyte, as well as different ones. Solvents such as organic carbonates (eg ethylene carbonate), ethers (eg dibutyl ether, dimethoxyethane), nitriles (eg acetonitrile), and others can be used.
г) Раствор редокс-активного соединения в концентрации от 0,1 до 99,99 массовых процента в растворителе(ях) с добавлением поддерживающей электропроводность соли. Растворитель может представлять собой воду, либо чистое органическое соединение, либо смесь двух или более соединений. В качестве поддерживающих солей могут использоваться неорганические соли (например, NaClO4, LiPF6), соли, содержащие неорганический катион и органический анион (например, бис(трифторметансульфонил)имид лития LiTFSI, LiB(CN)4), соли, содержащие органический катион и неорганический анион (например, фторид тетрабутиламмония TBAF, тетрабутиламмоний тетрафторборат TBABF4, тетрабутиламмоний гексафторфосфат и др.)d) A solution of a redox active compound at a concentration of 0.1 to 99.99 mass percent in a solvent (s) with the addition of a conductivity-maintaining salt. The solvent can be water, or a pure organic compound, or a mixture of two or more compounds. As support salts, inorganic salts (for example, NaClO 4 , LiPF 6 ), salts containing an inorganic cation and an organic anion (for example, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide LiTFSI, LiB (CN) 4 ), salts containing an organic cation and inorganic anion (for example, tetrabutylammonium fluoride TBAF, tetrabutylammonium tetrafluoroborate TBABF 4 , tetrabutylammonium hexafluorophosphate, etc.)
д) Суспензию редокс-активного соединения в растворителе в концентрации от 0,1 до 99,99 массовых процента. Растворитель может представлять собой воду, либо чистое органическое соединение, либо смесь двух или более соединений.e) A suspension of a redox active compound in a solvent at a concentration of 0.1 to 99.99 mass percent. The solvent can be water, or a pure organic compound, or a mixture of two or more compounds.
в) Суспензию редокс-активного соединения в растворителе в концентрации 0,1 до 99,99 массовых процента, с добавлением поддерживающей соли из числа описанных в пункте (г.) Растворитель может представлять собой воду, либо чистое органическое соединение, либо смесь двух или более соединений.c) A suspension of a redox active compound in a solvent at a concentration of 0.1 to 99.99 weight percent, with the addition of a supporting salt from those described in paragraph (d) The solvent can be water, or a pure organic compound, or a mixture of two or more connections.
Подчеркнем, что приведенные варианты приготовления католитов и анолитов для проточных и гибридных аккумуляторов должны рассматриваться как частные примеры. Из современного состояния науки и техники известны и другие варианты изготовления католитов для проточных и гибридных аккумуляторов, в которых в качестве редокс-активных соединений могут быть использованы производные трифениламина общей формулы Ф1.We emphasize that the above options for the preparation of catholytes and anolytes for flowing and hybrid batteries should be considered as particular examples. From the current state of science and technology, other options for the manufacture of catholytes for flowing and hybrid batteries are known, in which triphenylamine derivatives of the general formula F1 can be used as redox-active compounds.
Использование соединений общей формулы Ф1 как катодных материалов (католитов) для электрохимических источников тока обеспечивает ряд практически значимых преимуществ:The use of compounds of the general formula F1 as cathode materials (catholytes) for electrochemical power sources provides a number of practically significant advantages :
1. Возможность использовать концентрированные растворы катодных материалов для электрохимических источников тока с высокой удельной емкостью. Соединения, М1 и М2, являющиеся частными случаями, соответствующими общей формуле Ф1, обладают высокой растворимостью в ацетонитриле, что позволяет получать растворы католитов с концентрациями активных веществ до 5 моль/л, что соответствует высоким удельным емкостям католита, достигающим 134 А⋅ч/л. Помимо этого, благодаря жидкому агрегатному состоянию соединений M1 и M2, они могут быть использованы для приготовления католитов без растворителя. Соединения, соответствующие частным формулам М3 и М4, обладают растворимостью в ацетонитриле 2,2 моль/л, что соответствует удельным емкостям католитов до 117 А⋅ч/л. Для сравнения, удельные емкости используемых сейчас в промышленности электролитов на основе солей ванадия составляют ~53 А⋅ч/л [C. Choi, S. Kim, R. Kim, Y. Choi, S. Kim, H. young Jung, J.H. Yang, H.T. Kim, Renew. Sustain. Energy Rev. 69 (2017) 263-274].1. The ability to use concentrated solutions of cathode materials for electrochemical power sources with a high specific capacity. Compounds M1 and M2, which are special cases corresponding to the general formula F1, have high solubility in acetonitrile, which makes it possible to obtain solutions of catholytes with concentrations of active substances up to 5 mol / l, which corresponds to high specific capacities of catholyte, reaching 134 Ah / l ... In addition, due to the liquid state of aggregation of compounds M1 and M2, they can be used for the preparation of catholytes without a solvent. Compounds corresponding to particular formulas M3 and M4 have a solubility in acetonitrile of 2.2 mol / l, which corresponds to the specific capacities of catholytes up to 117 Ah / l. For comparison, the specific capacities of electrolytes based on vanadium salts currently used in industry are ~ 53 Ah / l [C. Choi, S. Kim, R. Kim, Y. Choi, S. Kim, H. young Jung, J.H. Yang, H.T. Kim, Renew. Sustain. Energy Rev. 69 (2017) 263-274].
2. Создавать катодные материалы, обладающие высокой стабильностью. Соединения М1-М4, являющиеся частными случаями общей формулы Ф1, проявляют высокую стабильность окислительно-восстановительных реакций без каких-либо признаков разложения после нескольких сотен заряд-разрядных циклов (по данным циклической вольтамперометрии).2. Create cathode materials with high stability. Compounds M1-M4, which are special cases of the general formula F1, exhibit high stability of redox reactions without any signs of decomposition after several hundred charge-discharge cycles (according to cyclic voltammetry data).
3. Комбинировать разработанные катодные материалы на основе соединений общей формулы Ф1 с любыми типами анодных материалов: жидкими органическими, жидкими неорганическими, твердыми неорганическими (в том числе литиевыми, натриевыми, калиевыми и др.)3. Combine the developed cathode materials based on compounds of the general formula F1 with any types of anode materials: liquid organic, liquid inorganic, solid inorganic (including lithium, sodium, potassium, etc.)
4. Создавать органические проточные аккумуляторы с использованием катодных материалов на основе соединений общей формулы Ф1 с энергоемкостью до 340 Вт⋅ч/л. Для сравнения, энергоемкость современных промышленных проточных аккумуляторов на основе солей ванадия составляет ~19-38 Вт⋅ч/л [J. Noack, N. Roznyatovskaya, T. Herr, P. Fischer, Angew. Chemie - Int. Ed. 54 (2015) 9776-9809].4. To create organic flow batteries using cathode materials based on compounds of the general formula F1 with an energy capacity of up to 340 Wh / l. For comparison, the energy intensity of modern industrial flow batteries based on vanadium salts is ~ 19-38 Wh / l [J. Noack, N. Roznyatovskaya, T. Herr, P. Fischer, Angew. Chemie - Int. Ed. 54 (2015) 9776-9809].
5. Создавать гибридные ячейки с анодом из щелочного металла и катодом на основе соединений общей формулы Ф1 с энергоемкостью до 540 Вт⋅ч/л.5. To create hybrid cells with an alkali metal anode and a cathode based on compounds of the general formula F1 with an energy capacity of up to 540 Wh / l.
Таким образом, представленные примеры в полной мере иллюстрируют высокую практическую значимость и промышленную применимость раскрываемого изобретения.Thus, the presented examples fully illustrate the high practical significance and industrial applicability of the disclosed invention.
Настоящее изобретение иллюстрируется, но не ограничивается примерами, приведенными ниже.The present invention is illustrated but not limited by the examples below.
Пример 1-А. Использование соединения М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 1-A. Use of the M1 compound as a component of the catholyte in the flow accumulator.
Проточный аккумулятор состоял из следующих компонентов:The flow accumulator consisted of the following components:
- емкость с католитом (Фиг. 19, 1);- container with catholyte (Fig. 19, 1 );
- емкость с анолитом (Фиг. 19, 1');- a container with anolyte (Fig. 19, 1 ' );
- перистальтические насосы для прокачки католита и анолита к электрохимической ячейке (Фиг. 19, 2 и 2'); - peristaltic pumps for pumping catholyte and anolyte to the electrochemical cell (Fig. 19, 2 and 2 ' );
- шланги для подвода католита и анолита к электрохимической ячейке (Фиг. 19, 3 и 3');- hoses for supplying catholyte and anolyte to the electrochemical cell (Fig. 19, 3 and 3 ') ;
- электрохимическая ячейка- electrochemical cell
Электрохимическая ячейка проточного аккумулятора состояла из следующих компонентов:The electrochemical cell of the flow accumulator consisted of the following components:
- двух металлических удерживающих пластин (Фиг. 20, 1);- two metal retaining plates (Fig. 20, 1 );
- двух тефлоновых изолирующих пластин (Фиг. 20, 2);- two Teflon insulating plates (Fig. 20, 2 );
- двух графитовых токоподводящих электродных пластин (Фиг. 19, 4 и 4'; Фиг. 20, 3);- two graphite current-supplying electrode plates (Fig. 19, 4 and 4 ' ; Fig. 20, 3 );
- двух тефлоновых распределительных пластин (Фиг. 20, 4) с электродами из графитового фетра (Фиг. 20, 5) толщиной 6 мм, размерами 2×2 см, что соответствует геометрической активной площади 4 см2;- two Teflon distribution plates (Fig. 20, 4 ) with graphite felt electrodes (Fig. 20, 5 ) 6 mm thick, 2 × 2 cm in size, which corresponds to a geometrical active area of 4 cm 2 ;
- анион-обменной мембраны Neosepta AHA (Astom corp) (Фиг. 19, 6; Фиг. 20, 6);- anion-exchange membrane Neosepta AHA (Astom corp) (Fig. 19,6; FIG. twenty,6);
К электрохимической ячейке по шлангам подводили растворы католита и анолита при помощи перистальтического насоса, скорость прокачки растворителя составляла 10 мл/мин. Проточные аккумуляторы собирались в условиях аргоновой атмосферы в перчаточном боксе.The solutions of catholyte and anolyte were fed to the electrochemical cell through hoses using a peristaltic pump; the solvent pumping rate was 10 ml / min. The flow accumulators were assembled in an argon atmosphere in a glove box.
Мембрана Neosepta AHA подвергалась предварительному кондиционированию по следующей схеме: вначале в смеси ацетонитрил/вода (1:1 по объему) 1 час при температуре 60°C, затем в чистом ацетонитриле 1 час при температуре 60°C, затем в растворе электролита с концентрацией поддерживающей соли 0,05 моль/л в безводном ацетонитриле в течение 24 часов при температуре 25°С.The Neosepta AHA membrane was preconditioned according to the following scheme: first in a mixture of acetonitrile / water (1: 1 by volume) for 1 hour at a temperature of 60 ° C, then in pure acetonitrile for 1 hour at a temperature of 60 ° C, then in an electrolyte solution with a concentration salts 0.05 mol / l in anhydrous acetonitrile for 24 hours at a temperature of 25 ° C.
Циклирование проточного аккумулятора производилось в комбинированном режиме, сочетающем в себе гальваностатические и потенциостатические стадии. Ячейка заряжалась при токе 2 мА (0,5 мА/см2) до верхнего предела потенциала, затем разряжалась при таком же токе до нижнего предела потенциала и выдерживалась при нижнем пределе потенциала в течение 1000-3000 секунд для наиболее полного разряда батареи.The flow accumulator was cycled in a combined mode, combining galvanostatic and potentiostatic stages. The cell was charged at a current of 2 mA (0.5 mA / cm 2 ) to the upper limit of the potential, then discharged at the same current to the lower limit of the potential and held at the lower limit of the potential for 1000-3000 seconds for the most complete discharge of the battery.
Католит представлял собой раствор тетрабутиламмоний тетрафторбората (TBABF4) (концентрация 0,1 моль/л), 1,1'-дибутил-4,4'-бипиридин диперхлората (А1) (концентрация 10 ммоль/л), соединения М1 (концентрация 10 ммоль/л) в безводном ацетонитриле (содержание воды 20 м.д.).The catholyte was a solution of tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ) (concentration 0.1 mol / L), 1,1'-dibutyl-4,4'-bipyridine diperchlorate (A1) (
Анолит также представлял собой раствор тетрабутиламмоний тетрафторбората (TBABF4) (концентрация 0,1 моль/л), 1,1'-дибутил-4,4'-бипиридин диперхлората (А1) (концентрация 10 ммоль/л), соединения М1 (концентрация 10 ммоль/л) в безводном ацетонитриле (содержание воды 20 м.д.).Anolyte was also a solution of tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ) (concentration 0.1 mol / L), 1,1'-dibutyl-4,4'-bipyridine dipyrchlorate (A1) (
Объем католита составлял 10 мл, объем анолита составлял 10 мл, максимальная емкость проточного аккумулятора составляла 268 мА⋅ч/л.The volume of the catholyte was 10 ml, the volume of the anolyte was 10 ml, and the maximum capacity of the flow accumulator was 268 mAh / L.
На Фиг. 21 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 21 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on compound M1: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования, наивысшая разрядная емкость была достигнута на 12-ом цикле и составила 192 мА⋅ч/л (72% от максимальной). После 50 циклов разрядная емкость составила 172 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 80%.Based on the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 12th cycle and amounted to 192 mAh / L (72% of the maximum). After 50 cycles, the discharge capacity was 172 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 80%.
Пример 1-Б. Использование соединения М2 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 1-B. Use of the M2 compound as a component of the catholyte in the flow accumulator.
Исследование соединения М2 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе проводилось по методике, описанной в примере 1-А, за исключением того, что вместо соединения М1 использовалось соединение М2.The study of the M2 compound as a component of the catholyte in the flow accumulator was carried out according to the procedure described in example 1-A, except that the M2 compound was used instead of the M1 compound.
На Фиг. 22 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М2: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 22 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on the M2 compound: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 1-ом цикле и составила 209 мА⋅ч/л (78% от максимальной). После 50 циклов разрядная емкость составила 156 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 90%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 1st cycle and amounted to 209 mAh / l (78% of the maximum). After 50 cycles, the discharge capacity was 156 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 90%.
Пример 1-В. Использование соединения М3 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 1-B. Use of the M3 compound as a component of the catholyte in the flow accumulator.
Исследование соединения М3 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе проводилось по методике, описанной в примере 1-А, за исключением того, что вместо соединения М1 использовалось соединение М3 и, так как соединение М3 способно к передаче двух электронов, то для проведения эксперимента концентрация соединения М3 была уменьшена в 2 раза и составила 5 ммоль/л.The study of compound M3 as a component of catholyte in a flow battery was carried out according to the method described in example 1-A, except that instead of compound M1, compound M3 was used and, since compound M3 is capable of transferring two electrons, then for the experiment, the concentration of the compound M3 was reduced by 2 times and amounted to 5 mmol / L.
На Фиг. 23 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М3: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 23 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on the M3 compound: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 15-ом цикле и составила 152 мА⋅ч/л (57% от максимальной). После 50 циклов разрядная емкость составила 111 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 96%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 15th cycle and amounted to 152 mAh / l (57% of the maximum). After 50 cycles, the discharge capacity was 111 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 96%.
Пример 1-Г. Использование соединения М4 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 1-D. Use of the M4 compound as a component of the catholyte in the flow accumulator.
Исследование соединения М4 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе проводилось по методике, описанной в примере 1-В, за исключением того, что вместо соединения М3 использовалось соединение М4.The study of compound M4 as a component of the catholyte in a flow accumulator was carried out according to the method described in example 1-B, except that compound M4 was used instead of compound M3.
На Фиг. 24 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М4: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 24 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on the M4 compound: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 1-ом цикле и составила 133 мА⋅ч/л (49% от максимальной). После 50 циклов разрядная емкость составила 98 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 84%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 1st cycle and amounted to 133 mAh / l (49% of the maximum). After 50 cycles, the discharge capacity was 98 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 84%.
Пример 2-А. Иллюстрация возможности варьирования концентрации активного соединения и поддерживающей проводимость соли при использовании М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 2-A. An illustration of the possibility of varying the concentration of the active compound and maintaining the conductivity of the salt when using M1 as a component of the catholyte in the flow accumulator.
Исследование проводили по методике, описанной в примере 1-А, за исключением следующих параметров:The study was carried out according to the method described in example 1-A, with the exception of the following parameters:
1) концентрации соединений М1 и А1 в католите и анолите были увеличены до 50 ммоль/л;1) the concentrations of compounds M1 and A1 in the catholyte and anolyte were increased to 50 mmol / l;
2) концентрация добавленной поддерживающей соли (TBABF4) была увеличена до 0,5 моль/л.2) the concentration of the added maintenance salt (TBABF 4 ) was increased to 0.5 mol / L.
Максимальная емкость проточного аккумулятора составляла 1340 мА·ч/л.The maximum capacity of the flowing battery was 1340 mAh / L.
На Фиг. 25 представлены заряд-разрядные характеристики изготовленного проточного аккумулятора: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 25 shows the charge-discharge characteristics of the manufactured flow-through accumulator: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 3-ем цикле и составила 518 мА⋅ч/л (38% от максимальной). После 10 циклов емкость составила 433 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 88%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 3rd cycle and amounted to 518 mAh / l (38% of the maximum). After 10 cycles, the capacity was 433 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 88%.
Таким образом, данный пример иллюстрирует возможность изменения концентрации активного вещества и поддерживающей проводимость соли с сохранением практически важного результата, который обеспечивается реализацией данного изобретения.Thus, this example illustrates the possibility of changing the concentration of the active substance and maintaining the conductivity of the salt while maintaining the practically important result that is provided by the implementation of the present invention.
Пример 3-А. Иллюстрация возможности варьирования поддерживающей проводимость соли (NaClO4) при использовании М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 3-A. An illustration of the possibility of varying the conductivity-maintaining salt (NaClO 4 ) when using M1 as a catholyte component in a flow-through accumulator.
Исследование проточного аккумулятора на основе соединения М1 в качестве компонента католита с применением иной поддерживающей проводимость соли проводилось по методике, описанной в примере 1-А, за исключением того, что вместо тетрабутиламмоний тетрафторбората (TBABF4) был использован перхлорат натрия (NaClO4).The study of a flow battery based on compound M1 as a catholyte component using a different conductivity-maintaining salt was carried out as described in Example 1-A, except that sodium perchlorate (NaClO 4 ) was used instead of tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ).
На Фиг. 26 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 с применением NaClO4 в качестве поддерживающей проводимость соли: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 26 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on compound M1 using NaClO 4 as a salt maintaining conductivity: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 3-ем цикле и составила 144 мА⋅ч/л (53% от максимальной). После 50 циклов емкость составила 106 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 98%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was achieved on the 3rd cycle and amounted to 144 mAh / l (53% of the maximum). After 50 cycles, the capacity was 106 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 98%.
Пример 3-Б. Иллюстрация возможности варьирования поддерживающей проводимость соли (TBAPF6) при использовании М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 3-B. An illustration of the possibility of varying the conductivity-maintaining salt (TBAPF 6 ) when using M1 as a catholyte component in a flow accumulator.
Исследование проточного аккумулятора на основе соединения М1 в качестве компонента католита с применением иной поддерживающей проводимость соли проводилось по методике, описанной в примере 1-А, за исключением того, что вместо тетрабутиламмоний тетрафторбората (TBABF4) был использован тетрабутиламмоний гексафторфосфат (TBAPF6).The study of a flow battery based on compound M1 as a catholyte component using a different conductivity-maintaining salt was carried out as described in Example 1-A, except that tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF 6 ) was used instead of tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ).
На Фиг. 27 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 с применением TBAPF6 в качестве поддерживающей проводимость соли: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 27 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on compound M1 using TBAPF 6 as a salt maintaining conductivity: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 5-ом цикле и составила 153 мА⋅ч/л (57% от максимальной). После 50 циклов емкость составила 79 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 93%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 5th cycle and amounted to 153 mAh / l (57% of the maximum). After 50 cycles, the capacity was 79 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 93%.
Пример 3-В. Иллюстрация возможности варьирования поддерживающей проводимость соли (LiClO4) при использовании М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 3-B. An illustration of the possibility of varying the maintaining conductivity of the salt (LiClO 4 ) when using M1 as a component of the catholyte in the flow accumulator.
Исследование проточного аккумулятора на основе соединения М1 в качестве компонента католита с применением иной поддерживающей проводимость соли проводилось по методике, описанной в примере 1-А, за исключением того, что вместо тетрабутиламмоний тетрафторбората (TBABF4) был использован перхлорат лития (LiClO4).The study of a flow battery based on compound M1 as a catholyte component using a different conductivity-maintaining salt was carried out as described in Example 1-A, except that lithium perchlorate (LiClO 4 ) was used instead of tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ).
На Фиг. 28 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 с применением LiClO4 в качестве поддерживающей проводимость соли: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 28 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on compound M1 using LiClO 4 as a salt maintaining conductivity: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 6-ом цикле и составила 140 мА·ч/л (52% от максимальной). После 50 циклов емкость составила 27 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 96%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 6th cycle and amounted to 140 mAh / l (52% of the maximum). After 50 cycles, the capacity was 27 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 96%.
Пример 3-Г. Иллюстрация возможности варьирования поддерживающей проводимость соли (LiPF6) при использовании М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 3-D. An illustration of the possibility of varying the conductivity-maintaining salt (LiPF 6 ) when using M1 as a catholyte component in a flow-through accumulator.
Исследование проточного аккумулятора на основе соединения М1 в качестве компонента католита с применением иной поддерживающей проводимость соли проводилось по методике, описанной в примере 1-А, за исключением того, что вместо тетрабутиламмоний тетрафторбората (TBABF4) был использован гексафторфосфат лития (LiPF6).The study of a flow battery based on compound M1 as a catholyte component using a different conductivity-maintaining salt was carried out as described in Example 1-A, except that lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was used instead of tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ).
На Фиг. 29 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 с применением LiPF6 в качестве поддерживающей проводимость соли: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 29 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on compound M1 using LiPF 6 as a salt maintaining conductivity: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 6-ом цикле и составила 71 мА⋅ч/л (26% от максимальной). После 50 циклов емкость составила 25 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 70%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 6th cycle and amounted to 71 mAh / l (26% of the maximum). After 50 cycles, the capacity was 25 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 70%.
Пример 4-A. Иллюстрация возможности варьирования анолита при использовании М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 4-A. An illustration of the possibility of varying the anolyte when using M1 as a component of the catholyte in a flow accumulator.
Исследование соединения М1 в качестве компонента католита и 2,3-бис(2-(2-метоксиэтокси)этокси)феназина (соединение А2, Фиг. 30) в качестве компонента анолита в проточном аккумуляторе проводилось по методике, описанной в примере 1-A, за исключением того, что вместо соединения А1 использовалось соединение А2.The study of compound M1 as a component of catholyte and 2,3-bis (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenazine (compound A2, Fig. 30) as anolyte component in a flow accumulator was carried out according to the method described in example 1-A, except that compound A2 was used in place of compound A1.
Фиг. 30. Структура соединения А2 (2,3-бис(2-(2-метоксиэтокси)этокси)феназин).FIG. 30. Structure of compound A2 (2,3-bis (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) phenazine).
На Фиг. 31 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 и анолитом на основе соединения А2: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 31 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on the M1 compound and an anolyte based on the A2 compound: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 1-ом цикле и составила 201 мА⋅ч/л (75% от максимальной). После 50 циклов емкость составила 165 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 97%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 1st cycle and amounted to 201 mAh / l (75% of the maximum). After 50 cycles, the capacity was 165 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 97%.
Пример 4-Б. Иллюстрация возможности варьирования анолита при использовании М3 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 4-B. An illustration of the possibility of varying the anolyte when using M3 as a catholyte component in a flow accumulator.
Исследование соединения М3 в качестве компонента католита и соединения А2 в качестве компонента анолита в проточном аккумуляторе проводилось по методике, описанной в примере 1-В, за исключением того, что вместо соединения А1 использовалось соединение А2.The study of compound M3 as a component of catholyte and compound A2 as a component of anolyte in a flow battery was carried out according to the method described in example 1-B, except that compound A2 was used instead of compound A1.
На Фиг. 32 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1 и анолитом на основе соединения А2: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 32 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on the M1 compound and an anolyte based on the A2 compound: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 1-ом цикле и составила 241 мА⋅ч/л (90% от максимальной). После 50 циклов емкость составила 136 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 99%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was achieved on the 1st cycle and amounted to 241 mAh / l (90% of the maximum). After 50 cycles, the capacity was 136 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 99%.
Пример 5-А. Иллюстрация возможности использования несмешанных электролитов при использовании М1 в качестве компонента католита в проточном аккумуляторе.Example 5-A. An illustration of the possibility of using unmixed electrolytes when using М1 as a component of a catholyte in a flow battery.
Исследование проточного аккумулятора на основе соединения М1 в качестве компонента католита с использованием несмешанных электролитов проводилось по методике, описанной в примере 1-А, за исключением составов электролитов, которые приведены ниже.The study of the flow battery based on the M1 compound as a component of the catholyte using unmixed electrolytes was carried out according to the method described in example 1-A, with the exception of the electrolyte compositions, which are given below.
Католит представлял собой раствор перхлората натрия (NaClO4) (концентрация 0,1 моль/л) и соединения М1 (концентрация 20 ммоль/л) в безводном ацетонитриле (содержание воды 20 м.д.).The catholyte was a solution of sodium perchlorate (NaClO 4 ) (concentration 0.1 mol / L) and compound M1 (
Анолит представлял собой раствор перхлората натрия (NaClO4) (концентрация 0,1 моль/л) и 1,1'-дибутил-4,4'-бипиридин диперхлората (А1) (концентрация 20 ммоль/л) в безводном ацетонитриле (содержание воды 20 м.д.).Anolyte was a solution of sodium perchlorate (NaClO 4 ) (concentration 0.1 mol / L) and 1,1'-dibutyl-4,4'-bipyridine dipyridine (A1) (
Объем католита составлял 10 мл, объем анолита составлял 10 мл, максимальная емкость проточного аккумулятора составляла 356 мА⋅ч/л.The volume of the catholyte was 10 ml, the volume of the anolyte was 10 ml, and the maximum capacity of the flow accumulator was 356 mAh / L.
На Фиг. 33 представлены заряд-разрядные характеристики проточного аккумулятора с католитом на основе соединения М1: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 33 shows the charge-discharge characteristics of a flow-through battery with a catholyte based on compound M1: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charging and discharging capacity and the Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования, наивысшая разрядная емкость была достигнута на 1-ом цикле и составила 211 мА⋅ч/л (39% от максимальной). После 50 циклов разрядная емкость составила 148 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 68%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 1st cycle and amounted to 211 mAh / l (39% of the maximum). After 50 cycles, the discharge capacity was 148 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 68%.
Пример 6-А. Иллюстрация возможности применения композитной мембраны при использовании М1 в качестве компонента католита в электрохимической ячейке h-cell.Example 6-A. An illustration of the possibility of using a composite membrane when using M1 as a catholyte component in an h-cell electrochemical cell.
Исследование циклирования электрохимической ячейки на основе соединения М1 в качестве компонента католита проводилось по методике, приведенной ниже.The study of the cycling of an electrochemical cell based on compound M1 as a component of the catholyte was carried out according to the procedure given below.
Используемая в данном эксперименте электрохимическая ячейка (h-cell) состояла из следующих компонентов (схема ячейки представления на Фиг. 34):The electrochemical cell (h-cell) used in this experiment consisted of the following components (diagram of the representation cell in Fig. 34):
- емкость с католитом (Фиг. 34, 1);- container with catholyte (Fig. 34, 1 );
- емкость с анолитом (Фиг. 34, 1');- a container with anolyte (Fig. 34, 1 ' );
- катион-обменная композитная мембрана Li1.4Al0.4Ge0.2Ti1.4(PO4)3 (Фиг. 34, 2');- cation-exchange composite membrane Li 1.4 Al 0.4 Ge 0.2 Ti 1.4 (PO 4 ) 3 (Fig. 34, 2 ' );
- электроды из графитового фетра (Фиг. 34, 3 и 3') толщиной 6 мм, размерами 1×1 см;- electrodes made of graphite felt (Fig. 34, 3 and 3 ' ) with a thickness of 6 mm, dimensions of 1 × 1 cm;
- токосъемники (Фиг. 34, 4 и 4'), выполненные из металлической проволоки- current collectors (Fig. 34, 4 and 4 ' ), made of metal wire
Электрохимическая ячейка собиралась в условиях аргоновой атмосферы в перчаточном боксе. Используемая катион-обменная композитная мембрана не подвергалась предварительному кондиционированию. Циклирование электрохимической ячейки производилось в комбинированном режиме, сочетающем в себе гальваностатические и потенциостатические стадии. Ячейка заряжалась при токе 0,4 мА до верхнего предела потенциала, затем разряжалась при таком же токе до нижнего предела потенциала и выдерживалась при нижнем пределе потенциала в течение 1000 секунд для наиболее полного разряда батареи.The electrochemical cell was assembled in an argon atmosphere in a glove box. The cation exchange composite membrane used was not preconditioned. Cycling of the electrochemical cell was carried out in a combined mode, combining galvanostatic and potentiostatic stages. The cell was charged at a current of 0.4 mA to the upper potential limit, then discharged at the same current to the lower potential limit and held at the lower potential limit for 1000 seconds to fully discharge the battery.
Католит представлял собой раствор перхлората лития (LiClO4) (концентрация 20 ммоль/л), 1,1'-дибутил-4,4'-бипиридин диперхлората (А1) (концентрация 2 ммоль/л), соединения М1 (концентрация 2 ммоль/л) в безводном ацетонитриле (содержание воды 20 м.д.).The catholyte was a solution of lithium perchlorate (LiClO 4 ) (
Анолит представлял собой раствор перхлората лития (LiClO4) (концентрация 20 ммоль/л), 1,1'-дибутил-4,4'-бипиридин диперхлората (А1) (концентрация 2 ммоль/л), соединения М1 (концентрация 2 ммоль/л) в безводном ацетонитриле (содержание воды 20 м.д.).The anolyte was a solution of lithium perchlorate (LiClO 4 ) (
Объем католита составлял 5 мл, объем анолита составлял 5 мл, максимальная емкость электрохимической ячейки составляла 53,6 мА⋅ч/л.The volume of the catholyte was 5 ml, the volume of the anolyte was 5 ml, and the maximum capacity of the electrochemical cell was 53.6 mAh / l.
На Фиг. 35 представлены заряд-разрядные электрохимической ячейки с католитом на основе соединения М1: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 35 shows a charge-discharge electrochemical cell with a catholyte based on compound M1: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charge and discharge capacity and Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 1-ом цикле и составила 42 мА⋅ч/л (78% от максимальной). После 50 циклов емкость составила 32 мА⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 95%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was achieved on the 1st cycle and amounted to 42 mAh / l (78% of the maximum). After 50 cycles, the capacity was 32 mAh / L. The highest Coulomb efficiency was 95%.
Пример 7-А. Иллюстрация возможности применения соединения М3 в качестве катодного материала в гибридном аккумуляторе в комбинации с литиевым анодом.Example 7-A. An illustration of the possibility of using compound M3 as a cathode material in a hybrid battery in combination with a lithium anode.
Используемая в данном эксперименте электрохимическая ячейка (coin-type cell CR2032) состояла из следующих компонентов (схема ячейки представлена на Фиг. 36):The electrochemical cell used in this experiment (coin-type cell CR2032) consisted of the following components (the cell diagram is shown in Fig. 36):
- Крышка ячейки (Фиг. 36, 1);- Cell cover (Fig. 36, 1 );
- Углеродная бумага, пропитанная растворим католита (Фиг. 36, 2)- Carbon paper impregnated with soluble catholyte (Fig. 36, 2 )
- Керамическая мембрана (Фиг. 36, 3)- Ceramic membrane (Fig. 36, 3 )
- Литиевый анод (Фиг. 36, 4)- Lithium anode (Fig. 36, 4 )
- Металлический диск - спейсер (Фиг. 36, 5);- Metal disk - spacer (Fig. 36, 5 );
- Пружина (Фиг. 36, 6);- Spring (Fig. 36, 6 );
- Дно ячейки (Фиг. 36, 7)- The bottom of the cell (Fig. 36, 7 )
Электрохимическая ячейка собиралась в условиях аргоновой атмосферы в перчаточном боксе. Циклирование производилось в гальваностатическом режиме: ячейка заряжалась при токе 0,3 мА до верхнего предела потенциала, затем разряжалась при токе -0,3 мА до нижнего предела потенциала.The electrochemical cell was assembled in an argon atmosphere in a glove box. Cycling was carried out in a galvanostatic mode: the cell was charged at a current of 0.3 mA to the upper limit of the potential, then discharged at a current of -0.3 mA to the lower limit of the potential.
Католит представлял собой раствор бис(трифторметансульфонил)имида лития (концентрация 0,5 моль/л) и соединения М3 (концентрация 0,2 моль/л) в диглиме. Объем католита составлял 20 мкл, максимальная емкость электрохимической ячейки составляла 10,72 А⋅ч/л.The catholyte was a solution of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (concentration 0.5 mol / l) and compound M3 (concentration 0.2 mol / l) in diglyme. The volume of the catholyte was 20 μL, the maximum capacity of the electrochemical cell was 10.72 Ah / L.
Для определения оптимальных верхнего и нижнего потенциала заряда и разряда ячейки и изучения обратимости системы было проведено измерение циклических вольтамперограмм для аккумулятора с католитом на основе соединения М3 и литиевым анодом. На Фиг. 37 представлены вольтамперные характеристики электрохимической ячейки, потенциал полуволны передачи первого электрона составил 3,66 В против Li/Li+, второго электрона 4,05 В против Li/Li+.To determine the optimal upper and lower charge and discharge potential of the cell and to study the reversibility of the system, we measured the cyclic voltammograms for a battery with a catholyte based on the M3 compound and a lithium anode. FIG. 37 shows the volt-ampere characteristics of the electrochemical cell, the half-wave potential of the first electron transfer was 3.66 V against Li / Li+, the second electron 4.05 V against Li / Li+...
На Фиг. 38 представлены заряд-разрядные характеристики электрохимической ячейки с католитом на основе соединения М3 и литиевым анодом: зависимость потенциала от времени для первых 5 циклов, зависимости зарядной и разрядной емкости и кулоновской эффективности от номера цикла.FIG. 38 shows the charge-discharge characteristics of an electrochemical cell with a catholyte based on the M3 compound and a lithium anode: the dependence of the potential on time for the first 5 cycles, the dependence of the charge and discharge capacity and Coulomb efficiency on the cycle number.
По результатам циклирования наивысшая разрядная емкость была достигнута на 3-ем цикле и составила 6,13 А⋅ч/л (57% от максимальной). После 100 циклов емкость составила 5,50 А⋅ч/л. Наивысшая кулоновская эффективность составила 87%.According to the results of cycling, the highest discharge capacity was reached on the 3rd cycle and amounted to 6.13 Ah / l (57% of the maximum). After 100 cycles, the capacity was 5.50 Ah / l. The highest Coulomb efficiency was 87%.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific experiments described in detail are provided for the purpose of illustrating the present invention only and should not be construed as in any way limiting the scope of the invention. It should be understood that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
Claims (79)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135045A RU2752762C1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Highly soluble triphenylamine-based catholyte and electrochemical current source based on it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135045A RU2752762C1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Highly soluble triphenylamine-based catholyte and electrochemical current source based on it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2752762C1 true RU2752762C1 (en) | 2021-08-02 |
Family
ID=77226273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020135045A RU2752762C1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Highly soluble triphenylamine-based catholyte and electrochemical current source based on it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752762C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7585590B2 (en) * | 2006-02-17 | 2009-09-08 | 3M Innovative Properties Company | Rechargeable lithium-ion cell with triphenylamine redox shuttle |
EP2462650B1 (en) * | 2009-08-05 | 2014-03-12 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
WO2016024919A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | National University Of Singapore | A battery system |
RU2645922C2 (en) * | 2016-06-29 | 2018-03-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" | Method for production of n1-[2-amino-4-(trifluoromethyl) phenyl]-n1-phenyl-4-(trifluoromethyl)-benzene-1,2-diamine and its derivatives |
US10727505B2 (en) * | 2017-06-16 | 2020-07-28 | Panasonic intellectual property Management co., Ltd | Flow battery that includes liquid containing mediator |
-
2020
- 2020-10-26 RU RU2020135045A patent/RU2752762C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7585590B2 (en) * | 2006-02-17 | 2009-09-08 | 3M Innovative Properties Company | Rechargeable lithium-ion cell with triphenylamine redox shuttle |
EP2462650B1 (en) * | 2009-08-05 | 2014-03-12 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
WO2016024919A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | National University Of Singapore | A battery system |
RU2645922C2 (en) * | 2016-06-29 | 2018-03-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" | Method for production of n1-[2-amino-4-(trifluoromethyl) phenyl]-n1-phenyl-4-(trifluoromethyl)-benzene-1,2-diamine and its derivatives |
US10727505B2 (en) * | 2017-06-16 | 2020-07-28 | Panasonic intellectual property Management co., Ltd | Flow battery that includes liquid containing mediator |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
J.TYDLITAT et al. Influence of Donor‐Substituents on Triphenylamine Chromophores Bearing Pyridine Fragments, EUROPEAN JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY, 2019, N.9, pp.1921-1930. * |
J.TYDLITAT et al. Influence of Donor‐Substituents on Triphenylamine Chromophores Bearing Pyridine Fragments, EUROPEAN JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY, 2019, N.9, pp.1921-1930. Y.HAO et al. A small electron donor in cobalt complex electrolyte significantly improves efficiency in dye-sensitized solar cells, NATURE COMMUNICATIONS, 2016, V.7, N.1, p.1-8. * |
Y.HAO et al. A small electron donor in cobalt complex electrolyte significantly improves efficiency in dye-sensitized solar cells, NATURE COMMUNICATIONS, 2016, V.7, N.1, p.1-8. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sevov et al. | Cyclopropenium salts as cyclable, high‐potential catholytes in nonaqueous media | |
Wang et al. | Exploring polycyclic aromatic hydrocarbons as an anolyte for nonaqueous redox flow batteries | |
US9130218B2 (en) | Hybrid energy storage systems utilizing redox active organic compounds | |
US10424806B2 (en) | Organic non-aqueous cation-based redox flow batteries | |
Huang et al. | Liquid catholyte molecules for nonaqueous redox flow batteries | |
US10153510B2 (en) | Non-aqueous redox flow batteries including 3,7-perfluoroalkylated phenothiazine derivatives | |
Carretero-González et al. | Highly water-soluble three-redox state organic dyes as bifunctional analytes | |
US9300000B2 (en) | Organic non-aqueous cation-based redox flow batteries | |
Laramie et al. | Performance and cost characteristics of multi-electron transfer, common ion exchange non-aqueous redox flow batteries | |
Chang et al. | Shifting redox potential of nitroxyl radical by introducing an imidazolium substituent and its use in aqueous flow batteries | |
Kar et al. | Chelating ionic liquids for reversible zinc electrochemistry | |
Steen et al. | Blatter radicals as bipolar materials for symmetrical redox-flow batteries | |
Ortiz-Martínez et al. | The roles of ionic liquids as new electrolytes in redox flow batteries | |
Xing et al. | A low potential solvent-miscible 3-methylbenzophenone anolyte material for high voltage and energy density all-organic flow battery | |
Ji et al. | A redox-active organic salt for safer Na-ion batteries | |
EP3482441B1 (en) | Non-aqueous redox flow batteries | |
Tang et al. | Future perspective on redox flow batteries: Aqueous versus nonaqueous electrolytes | |
Ye et al. | Imidazolium cation enabled reversibility of a hydroquinone derivative for designing aqueous redox electrolytes | |
Bahadori et al. | Evaluation of ionic liquids as electrolytes for vanadium redox flow batteries | |
US9287578B2 (en) | Polyoxometalate flow battery | |
Huang et al. | Pairing nitroxyl radical and phenazine with electron-withdrawing/-donating substituents in “water-in-ionic liquid” for high-voltage aqueous redox flow batteries | |
Guo et al. | Towards the 4 V-class n-type organic lithium-ion positive electrode materials: the case of conjugated triflimides and cyanamides | |
Liang et al. | A prototype of high-performance two-electron non-aqueous organic redox flow battery operated at− 40° C | |
RU2752762C1 (en) | Highly soluble triphenylamine-based catholyte and electrochemical current source based on it | |
CA3088908A1 (en) | Aqueous composition as electrolyte comprising ionic liquids or lithium salts |