Вчені розробили акумуляторну батарею подвійного використання

Гібридна батарея одночасно зберігає електричну енергію та виробляє корисні хімікати.

Акумуляторні батареї зберігають електроенергію в електродних матеріалах, тоді як окисно-відновні батареї використовують хімікати, що зберігаються в резервуарах, прикріплених до електродів. Нещодавно вчені розробили гібридну акумуляторну систему, яка не тільки накопичує та забезпечує електроенергію, але й генерує корисні хімічні речовини в системі потоку.

Під час використання фурфурол-нікелевий гідроксидний акумулятор перетворює фурфурол, отриманий з біомаси, у фурфуриловий спирт або фурову кислоту .

Фурфурол — це невелика молекула, утворена з пентозних цукрів, поширених у сільськогосподарській біомасі, і вважається важливою хімічною платформою, з якої можна отримати ряд проміжних продуктів для різних застосувань. Він може бути окислений до фуроїнової кислоти, харчового консерванту та проміжного продукту в синтезі фармацевтичних препаратів і ароматизаторів.

При відновленні фурфурол перетворюється на фурфуриловий спирт, попередник у смолах, ароматизаторах і ліках. Haohong Duan і команда дослідників з Університету Цінхуа в Пекіні, Китай, тепер досягли успіху в отриманні обох хімічних речовин з доданою вартістю під час роботи гібридної батареї, підвищивши економічну ефективність акумуляторної системи.

У зарядженому стані стандартні акумуляторні батареї накопичують електроенергію в своїх електродах і подають її в ланцюг, коли вони розряджаються. Інший тип батарей, окисно-відновні батареї, зберігає електроенергію в хімічних речовинах, при цьому хімічні продукти обертаються між двома станами та залишаються в батареї. Поєднуючи обидві концепції, дослідники досліджували, якою мірою такі батареї здатні виробляти додаткові хімічні речовини під час зберігання або забезпечення енергією.

Прорив стався у вигляді біфункціонального металевого каталізатора для анода. Виготовлений із одноатомного сплаву родію та міді , цей каталізатор плавно перетворював фурфурол, що містить електроліт, у фурфуриловий спирт під час заряджання батареї, тоді як фурова кислота утворювалася під час розрядки батареї. Для катода дослідники визначили матеріал гідроксиду нікелю, легований кобальтом, подібний до катодних матеріалів, які використовуються в традиційних нікель-цинкових або нікель-метал-гідридних батареях.

Ця збірка призвела до справжньої акумуляторної системи подвійного використання: після заряджання (за допомогою сонячної батареї) чотири послідовно з’єднані гібридні батареї могли працювати з різними пристроями, включаючи світлодіодні ліхтарі та смартфони, постійно виробляючи фурфуриловий спирт і фуронову кислоту під час батареї. циклічно, при цьому ці хімічні речовини відводяться за допомогою потокової системи.

Автори виявили, що нова гібридна батарея порівнянна з низкою звичайних батарей з точки зору щільності енергії та щільності потужності, але вона забезпечує як енергію, так і додаткові хімічні речовини одночасно. При зберіганні 1 кВт*год енергії утворюється 0,7 кг фурфурилового спирту і 1 кг фуроїдної кислоти, коли система забезпечує потужність 0,5 кВт*год (на якій холодильник може працювати пару годин). Однак фурфурол постійно подається в систему, і продукти повинні бути відокремлені від електроліту.

Гібридна концепція команди є кроком до покращення стійкості та економічної ефективності акумуляторних батарей, але все ще існує потреба у подальшому розвитку концепції. Джерело