本发明专利技术提供了共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，属于电化学储能和能量转换技术领域，所述化合物的结构式如式1～3中任一项所示。以该化合物制备的电极材料具有优异的电化学稳定性、高比容量、良好的倍率性能以及优异的循环寿命，适用于锌离子电池、铝离子电池等新型储能系统。本发明专利技术还提供了共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法和应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学储能和能量转换，特别涉及共轭萘酮并二酰亚胺类化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着全球能源需求的持续增长和环保要求的日益严苛，传统的化石能源逐步被可再生能源替代，能源的高效存储和利用成为当前科学研究的重点。锂离子电池虽然因其高能量密度和良好的循环性能被广泛应用，但其高成本、资源稀缺性及潜在的安全隐患限制了其在大规模储能领域的应用。相比之下，水系锌/铝离子电池因其材料来源丰富、生产成本低、安全性高、环境友好等特点，成为了备受关注的研究方向。
2、然而，水系锌/铝离子电池的电极材料性能尚存在瓶颈，尤其是有机电极材料。传统的有机电极材料由于其分子结构短程共轭、低分子量，导致电导率差、氧化还原活性位点不足，电化学性能不稳定，限制了其在高效储能设备中的应用。如何通过分子结构的精细设计、共轭骨架的优化，提升其导电性、氧化还原活性及循环稳定性，已成为解决当前问题的关键所在。
技术实现思路
1、为了解决现有有机电极材料性能不佳的问题，本专利技术提供了共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，以该化合物制备的电极材料具有优异的电化学稳定性、高比容量、良好的倍率性能以及优异的循环寿命，适用于锌离子电池、铝离子电池等新型储能系统。
2、本专利技术还提供了共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法和应用。
3、本专利技术通过以下技术方案实现：
4、本专利技术提供共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，所述化合物的结构式如式1～3中任一项所示：
5、</p>6、经计算，式1-3所示化合物的理论比容量分别为260mah g-1、347mah g-1、374mah g-1，理论比容量通过以下公式计算：
7、
8、由于化合物理论比容量的计算方法为本领域已知的方法，本专利技术对此不再进行详述。
9、基于同一专利技术构思，本专利技术提供共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，所述制备方法包括：
10、将1,4,5,8-萘四羧酸二酐和邻苯二胺类化合物共同溶于酸性溶剂后进行脱水缩合，获得混合液；
11、对所述混合液进行固液分离，所得固态物经洗涤和真空干燥，获得粗产物；
12、将所述粗产物置于硝酸溶液中进行提纯，获得共轭萘酮并二酰亚胺类化合物。
13、进一步的，所述将1,4,5,8-萘四羧酸二酐和邻苯二胺类化合物共同溶于酸性溶剂后进行脱水缩合，获得混合液，具体包括：
14、将1,4,5,8-萘四羧酸二酐和邻苯二胺类化合物共同溶于酸性溶剂，后在90℃～110℃下进行脱水缩合，脱水缩合反应时间为22～26h，获得混合液。
15、进一步的，所述邻苯二胺类化合物包括邻苯二胺、2,3-二氨基吩嗪和2,3-二氨基萘-1,4-二酮中的任意一种；
16、所述1,4,5,8-萘四羧酸二酐和所述邻苯二胺类化合物的摩尔比为1：2。
17、进一步的，所述酸性溶剂为体积比1:1的乙酸和乙醇的混合溶液；
18、所述1,4,5,8-萘四羧酸二酐的摩尔量与所述酸性溶剂的体积的比值为(1～2)mmol：120ml。
19、进一步的，所述对所述混合液进行固液分离，所得固态物经洗涤和真空干燥，获得粗产物，具体包括：
20、对所述混合液进行固液分离，所得固态物分别采用热醋酸和去离子水各离心洗涤数次，后在60±80℃下真空干燥，获得粗产物；
21、其中，所述热醋酸温度为70～90℃。
22、进一步的，所述将所述粗产物置于硝酸溶液中进行提纯，获得共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，具体包括：
23、将所述粗产物置于20～40wt％的硝酸溶液中，于120～140℃下提纯5～10h，获得共轭萘酮并二酰亚胺类化合物；
24、其中，所述粗产物的质量与所述硝酸溶液的体积的比值为(100～200)mg：200ml。
25、基于同一专利技术构思，本专利技术提供共轭萘酮并二酰亚胺类化合物在制备有机电极或制备水系锌/铝离子电池中的应用。
26、基于同一专利技术构思，本专利技术提供一种水系锌/铝离子电池，所述水系锌/铝离子电池中包含上述共轭萘酮并二酰亚胺类化合物。
27、基于同一专利技术构思，本专利技术提供一种水系锌/铝离子电池正极的制备方法，所述制备方法包括：
28、将导电添加剂、粘合剂和上述共轭萘酮并二酰亚胺类化合物共同分散于溶剂中，获得分散液；
29、将所述分散液涂覆于集流体上，经真空干燥，获得水系锌/铝离子电池正极。
30、进一步的，所述将导电添加剂、粘合剂和上述共轭萘酮并二酰亚胺类化合物共同分散于溶剂中，获得分散液，具体包括：
31、将导电添加剂、粘合剂和上述共轭萘酮并二酰亚胺类化合物共同分散于nmp中，后研磨成浆料，获得分散液；
32、其中，所述导电添加剂包括科琴黑、super p和碳纳米管中的至少一种；科琴黑、super p和碳纳米管中的至少一种；
33、所述粘合剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和sbr橡胶中的至少一种。
34、进一步的，所述将所述分散液涂覆于集流体上，经真空干燥，获得水系锌/铝离子电池正极，具体包括：
35、将所述分散液涂覆于集流体钛箔表面，在90～100℃下真空干燥10～14h，获得水系锌/铝离子电池正极。
36、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种水系锌/铝离子电池的制备方法，所述水系锌/铝离子电池以共轭萘酮并二酰亚胺极片为正极，以金属锌/铝箔为负极，以玻璃纤维隔膜分隔所述正极和所述负极，后加入电解液，组装成纽扣电池；
37、其中，所述共轭萘酮并二酰亚胺极片通过上述一种水系锌/铝离子电池正极的制备方法制得；
38、所述电解液以高氯酸锌或高氯酸铝为电解质，以去离子水为溶剂。
39、本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
40、1.本专利技术共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，该化合物为包含c＝o和c＝n结构单元的共轭化合物，具有多个氧化还原活性位点，有效增强了材料的多电子转移能力，显著提高了氧化还原电位及材料的电子导电性，将该化合物应用于制备电池正极，依赖其丰富的c＝o和c＝n基团提供氧化还原活性位点，实现了zn2+和al3+的可逆存储，显著提升了电极材料的电化学比容量，并展现出优异的循环稳定性，同时，化合物分子内的π-共轭结构有效抑制了电极材料在电解液中的溶解，确保其在低温条件下仍具有快速的电子传递和离子扩散能力，从而赋予电池优异的低温电化学性能。
41、2.本专利技术共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，该化合物通过优化分子结构和电子构型实现了多电子氧化还原过程，这种独特的共轭分子排列不仅提升了电导率，还优化了锌离子及铝离子的储存能力，将其用于制备正极材料，能够在水系锌/铝离子电池中表现出优异的储能性能，理论比容量大于350mah g-1，在实际应用中，该材料在0.2a g本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，其特征在于，所述化合物的结构式如式1～3中任一项所示：
2.如权利要求1所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述将1,4,5,8-萘四羧酸二酐和邻苯二胺类化合物共同溶于酸性溶剂后进行脱水缩合，获得混合液，具体包括：
4.根据权利要求3所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述邻苯二胺类化合物包括邻苯二胺、2,3-二氨基吩嗪和2,3-二氨基萘-1,4-二酮中的任意一种；
5.根据权利要求2所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述对所述混合液进行固液分离，所得固态物经洗涤和真空干燥，获得粗产物，具体包括：
6.如权利要求1所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物在制备有机电极或制备水系锌/铝离子电池中的应用。
7.一种水系锌/铝离子电池，其特征在于，所述水系锌/铝离子电池中包含权利要求1所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物。
8.一种水系锌/铝离子电池正极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
9.根据权利要求8所述的一种水系锌/铝离子电池正极的制备方法，其特征在于，所述将导电添加剂、粘合剂和权利要求1所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物共同分散于溶剂中，获得分散液，具体包括：
10.一种水系锌/铝离子电池的制备方法，其特征在于，所述水系锌/铝离子电池以共轭萘酮并二酰亚胺极片为正极，以金属锌/铝箔为负极，以玻璃纤维隔膜分隔所述正极和所述负极，后加入电解液，组装成纽扣电池；
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【技术特征摘要】
1.共轭萘酮并二酰亚胺类化合物，其特征在于，所述化合物的结构式如式1～3中任一项所示：
2.如权利要求1所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述将1,4,5,8-萘四羧酸二酐和邻苯二胺类化合物共同溶于酸性溶剂后进行脱水缩合，获得混合液，具体包括：
4.根据权利要求3所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述邻苯二胺类化合物包括邻苯二胺、2,3-二氨基吩嗪和2,3-二氨基萘-1,4-二酮中的任意一种；
5.根据权利要求2所述的共轭萘酮并二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述对所述混合液进行固液分离，所得固态物经洗涤和真空干燥，获得粗产物，具体包...
【专利技术属性】
技术研发人员：张朝峰，熊鹏，王睿，张龙海，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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