本發明公開了含有至少一種兒茶酚鹽配體的鈦復合物可為用于液流電池和其它電化學能量儲存系統的適宜活性材料。這些復合物可通過以下方法形成：使兒茶酚化合物與鈦試劑在有機溶劑中反應，去除副產物，接著獲得含有鈦兒茶酚復合物的鹽形式，特別是堿金屬鹽形式的水相。更具體地，所述方法可包括：形成含有兒茶酚化合物和有機溶劑的兒茶酚溶液，使鈦試劑與兒茶酚溶液接觸，形成反應混合物，使鈦試劑與兒茶酚化合物反應，形成中間體鈦兒茶酚復合物和副產物，分離副產物，以及將含有堿的堿性水溶液與中間體鈦兒茶酚復合物組合，產生至少部分地溶解在水相中的鹽形式的鈦兒茶酚復合物。

相關申請的交叉引用

本申請是美國專利申請15/220,322的部分繼續申請，該申請在2016年7月26日提交并且通過全文引用并入本文中。本申請還根據35U.S.C.§119要求美國臨時專利申請62/441,146；62/441,149；62/441,150；62/441,151；62/441,153和62/441,154的優先權，所述美國臨時專利申請各自在2016年12月30日提交并且通過全文引用并入本文中。

關于聯邦政府資助的研究或開發的聲明

無。

技術領域

本公開大體上涉及能量儲存，并且更具體地，涉及用于制備作為能量儲存系統用活性材料的鈦兒茶酚復合物的方法。

背景技術

電化學能量儲存系統如電池、超級電容器等已被廣泛提出用于大規模的能量儲存應用。為此目的，已考慮了各種電池設計，包括液流電池。與其它類型的電化學能量儲存系統相比，液流電池可能是有利的，特別是對于大規模應用，因為其能夠將功率密度和能量密度的參數互不相干。

液流電池通常在相應電解質溶液中包括負極和正極活性材料，所述材料分別流過包含負電極和正電極的電化學電池內的膜或間隔件的相對側。液流電池通過在兩個半電池內部發生的活性材料的電化學反應來充電或放電。在本文中使用時，術語“活性材料”、“電活性材料”、“氧化還原活性材料”或其變化形式同義地指在液流電池或類似的電化學能量儲存系統工作期間(即在充電或放電期間)經歷氧化態變化的材料。盡管液流電池對于大規模能量儲存應用具有顯著前景，但其經常受到次佳的能量儲存性能(例如充放電循環能量效率)和有限的循環壽命等因素的困擾。盡管進行了大量研究工作，但尚未開發出商業上可行的液流電池技術。

一些活性材料可為能夠進行可逆氧化-還原循環的有機化合物。由于低溶解度值，特別是在水性電解質溶液中，以及低導電率，有機活性材料通常提供相對有限的能量密度。為了補償低溶解度值，經常將有機活性材料用于非水性電解質溶液中，使得可獲得增加的溶解度。有時在液流電池中使用有機活性材料會伴有高合成成本和環境問題。

金屬基活性材料可通常適用于液流電池和其它電化學能量儲存系統。盡管非結合性金屬離子(例如溶解的氧化還原活性金屬鹽)可用作活性材料，但通常為此目的更適宜使用配位復合物。在本文中使用時，術語“配位復合物”、“配位化合物”、“金屬-配體復合物”或簡稱“復合物”同義地指在金屬中心和供體配體之間形成至少一個共價鍵的化合物。金屬中心可在電解質溶液中在氧化形式和還原形式之間循環，其中根據配位復合物所存在的特定半電池，金屬中心的氧化形式和還原形式代表完全充電或完全放電的狀態。在某些情況下，可通過構成配體的分子中的一個或多個分子的氧化或還原來轉移其它電子。

鈦復合物可為用于液流電池和其它電化學能量儲存系統的特別適宜的活性材料，因為這些金屬復合物可在高電流密度值(例如大于100mA/cm²)提供良好的半電池電位(例如小于-0.3V)和超過85％的電流效率。在這方面，鈦的各種兒茶酚復合物可為特別理想的活性材料，因為它們是相對穩定的復合物并且在水性介質中具有顯著的溶解度。盡管有各種方法可用于合成鈦的兒茶酚復合物(本文也稱鈦兒茶酚鹽復合物或鈦兒茶酚復合物)，但目前尚沒有方法可用于生產支持商業規模的能量儲存應用所需的大量的這些復合物。此外，在常規合成鈦兒茶酚復合物期間同時產生無關鹽可特別成問題，如下文進一步討論。