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May 29, 2023

Más que simplemente almacenar electricidad: los científicos desarrollan sistemas duales

Por Wiley30 de agosto de 2023 Investigadores de la Universidad de Tsinghua han desarrollado una batería híbrida que no solo almacena y suministra electricidad, sino que también produce sustancias químicas valiosas como el alcohol furfurílico.

Por Wiley30 de agosto de 2023

Investigadores de la Universidad de Tsinghua han desarrollado una batería híbrida que no sólo almacena y suministra electricidad sino que también produce sustancias químicas valiosas como alcohol furfurílico y ácido furoico. El sistema de doble uso combina características de baterías de flujo redox y recargables, utilizando catalizadores especializados para transformar furfural derivado de biomasa en productos químicos útiles mientras la batería se carga o descarga.

Las baterías recargables almacenan electricidad en los materiales de sus electrodos, mientras que las baterías de flujo redox utilizan productos químicos almacenados en tanques conectados a los electrodos. Los científicos han diseñado recientemente un sistema de batería híbrida que no sólo almacena y proporciona electricidad, sino que también genera sustancias químicas útiles en un sistema de flujo.

While in use the furfural–nickel hydroxide battery transforms biomass-sourced furfural into either furfuryl alcohol or furoic acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ácido.

El furfural es una pequeña molécula formada a partir de azúcares pentosas comunes en la biomasa agrícola, y se considera una importante plataforma química a partir de la cual se pueden obtener varios productos intermedios para diversas aplicaciones. Puede oxidarse a ácido furoico, un conservante de alimentos e intermediario en la síntesis de productos farmacéuticos y fragancias.

Cuando se reduce, el furfural se convierte en alcohol furfurílico, un precursor de resinas, sabores y drogas. Haohong Duan y un equipo de investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing, China, lograron obtener ambos químicos de valor agregado durante el funcionamiento de una batería de flujo híbrido, aumentando la rentabilidad del sistema de batería.

Cuando se cargan, las baterías recargables estándar almacenan electricidad en sus electrodos y la introducen en un circuito a medida que se descargan. Otro tipo de batería, las baterías de flujo redox, almacena electricidad en productos químicos, y los productos químicos alternan entre dos estados y permanecen dentro de la batería. Combinando ambos conceptos, los investigadores investigaron hasta qué punto dichas baterías son capaces de producir sustancias químicas adicionales mientras almacenan o proporcionan energía.

A breakthrough came in the form of a bifunctional metal catalyst for the anode. Made of a rhodium–copper single-atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">atom alloyA mixture of two metallic elements typically used to give greater strength or higher resistance to corrosion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> aleación, este catalizador convertía suavemente el furfural que contenía electrolitos en alcohol furfurílico cuando se cargaba la batería, mientras que se formaba ácido furoico cuando la batería se descargaba. Para el cátodo, los investigadores identificaron un material de hidróxido de níquel dopado con cobalto, similar a los materiales catódicos utilizados en las baterías tradicionales de níquel-zinc o níquel-hidruro metálico.

Este ensamblaje dio lugar a un verdadero sistema de batería de doble uso: después de la carga (usando una célula solar), cuatro baterías híbridas conectadas en serie podían hacer funcionar varios dispositivos, incluidas luces LED y teléfonos inteligentes, mientras producían continuamente alcohol furfurílico y ácido furoico durante la batería. ciclado, con estos químicos siendo conducidos usando un sistema de flujo.

Los autores descubrieron que la nueva batería híbrida es comparable a varias baterías comunes en términos de densidad de energía y densidad de potencia, pero proporciona energía y productos químicos de valor agregado al mismo tiempo. Al almacenar 1 kWh de energía, se producen 0,7 kg de alcohol furfurílico y 1 kg de ácido furoico cuando el sistema proporciona una potencia de 0,5 kWh (con la que un frigorífico puede funcionar durante un par de horas). Sin embargo, el furfural se introduce continuamente en el sistema y los productos deben separarse del electrolito.

El concepto híbrido del equipo es un paso hacia la mejora de la sostenibilidad y la rentabilidad de las baterías recargables, pero todavía es necesario desarrollar más el concepto.

Referencia: “Batería de biomasa recargable para almacenamiento/generación de electricidad y producción concurrente de productos químicos valiosos” por el Dr. Jing Li, Kaiyue Ji, Boyang Li, el Prof. Ming Xu, Ye Wang, el Prof. Hua Zhou, Qiujin Shi y el Prof. Haohong Duan, 6 de junio de 2023, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002/anie.202304852