Заряжает и помогает лечиться: создана уникальная батарея двойного назначения

Исследователи из Университета Цинхуа (Китай) разработали гибридную батарею, выделяющую ценные химические вещества, такие как фурфуриловый спирт и фуроевая кислота, сообщает SciTechDaily. Получается, что ученым удалось создать своеобразную систему двойного назначения, которая сочетает в себе функции перезаряжаемых и проточных окислительно-восстановительных батарей, используя специализированные катализаторы для преобразования фурфурола, полученного из биомассы, в полезные химические вещества, пока батарея заряжается или разряжается.

Фурфурол представляет собой небольшую молекулу, образованную из пентозных сахаров, распространенных в сельскохозяйственной биомассе, и считается важным химическим веществом, из которого можно получить ряд промежуточных продуктов для различных применений. Его можно окислить до фуроевой кислоты, пищевого консерванта и промежуточного продукта в синтезе фармацевтических препаратов и ароматизаторов. При восстановлении фурфурол превращается в фурфуриловый спирт, предшественник смол, ароматизаторов и лекарств.

Ученым удалось "скрестить" между собой два типа хранилищ энергии: обычных, стандартных аккумуляторов и проточных батарей, которые хранят электроэнергию в химических веществах, при этом химические продукты циклически перемещаются между двумя состояниями и остаются внутри батареи. Объединив обе концепции, исследователи изучили, в какой степени такие батареи способны производить дополнительные химические вещества, сохраняя или обеспечивая энергию.

Успеха в эксперименте, о котором ученые рассказывают в опубликованной работе, удалось достичь благодаря применению бифункционального металлического катализатора для анода. Этот катализатор, изготовленный из одноатомного сплава родия и меди, плавно превращал содержащий электролит фурфурол в фурфуриловый спирт при заряде аккумулятора, а при разряде аккумулятора образовывалась фуроевая кислота. В качестве катода исследователи определили материал из гидроксида никеля, легированный кобальтом, аналогичный катодным материалам, используемым в традиционных никель-цинковых или никель-металлогидридных батареях.

Эта сборка привела к созданию настоящей аккумуляторной системы двойного назначения: после зарядки (с использованием солнечной батареи) четыре последовательно соединенные гибридные батареи могли питать различные устройства, в том числе светодиодные фонари и смартфоны, при этом непрерывно производя фурфуриловый спирт и фуроевую кислоту во время зарядки.

Любопытно, что при хранении 1 кВтч энергии вырабатывается 0,7 кг фурфурилового спирта, а при подаче в систему мощности 0,5 кВтч (на которой холодильник может работать пару часов) — 1 кг фуроевой кислоты. Однако в систему постоянно подается фурфурол, и продукты его необходимо отделять от электролита. Эта гибридная концепция ученых является шагом на пути к увеличению экономической эффективности перезаряжаемых батарей, отмечает SciTechDaily.