La batería híbrida almacena electricidad y produce sustancias químicas valiosas al mismo tiempo

Las baterías recargables almacenan electricidad en los materiales que componen los electrodos, mientras que las baterías de flujo redox utilizan sustancias químicas almacenadas en tanques conectados a los electrodos. Los investigadores ahora han desarrollado un sistema de batería basado en una celda híbrida que no solo almacena y entrega electricidad, sino que también produce sustancias químicas valiosas en un sistema de flujo continuo. Durante el funcionamiento, la batería de hidróxido de níquel furfural convierte el furfural molecular derivado de la biomasa en alcohol furfurílico o ácido furoico.

El furfural es una molécula pequeña formada a partir de azúcares de pentosa comunes en la biomasa agrícola y se considera una plataforma química importante a partir de la cual se puede derivar una gama de productos intermedios para diversas aplicaciones. Puede oxidarse a ácido furoico, un conservante de alimentos y un intermediario en la síntesis de productos farmacéuticos y fragancias. Tras la reducción, 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, ahora lograron obtener ambos productos químicos de valor agregado durante la operación de una batería de flujo híbrido, aumentando la rentabilidad del sistema de batería.

Los resultados de la investigación del equipo han sido publicados en una revista. Edición internacional de Angewandte Chemie.

Una vez cargadas, las baterías estándar almacenan energía eléctrica en sus electrodos y la transfieren al circuito mientras se descargan. Otro tipo de batería, las baterías de flujo redox, almacenan electricidad en productos químicos, con los productos químicos en transición entre dos estados y permaneciendo en la batería. Combinando ambos conceptos, los investigadores investigaron hasta qué punto estas baterías son capaces de producir sustancias químicas adicionales al almacenar o entregar energía.

El avance resultó ser un catalizador metálico bifuncional para el ánodo. Hecho de una aleación monoatómica de rodio y cobre, el catalizador convirtió suavemente el furfural que contenía el electrolito en alcohol furfurílico cuando se cargó la batería, mientras que se formó ácido furoico cuando se descargó la batería. Para el cátodo, los científicos identificaron un material de hidróxido de níquel dopado con cobalto similar a los materiales del cátodo que se usan en las baterías tradicionales de níquel-zinc o de hidruro de níquel-metal.

Este ensamblaje resultó en un verdadero sistema de batería dual: cuando se cargaron (usando una celda solar), las cuatro baterías híbridas conectadas en serie pudieron alimentar una variedad de dispositivos, incluidas luces LED y teléfonos inteligentes, mientras producían continuamente alcohol furfurílico y ácido furoico mientras estaban en funcionamiento. con la energía de la batería en el ciclo, estos productos químicos se descargan a través de un sistema de flujo.

Los autores dijeron que la nueva batería híbrida es comparable a muchas baterías convencionales 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 entrega una potencia de 0,5 kWh (con la que el frigorífico puede funcionar durante varias horas). Sin embargo, el furfural se alimenta continuamente al sistema y los productos deben separarse del electrolito.

El concepto de ensamblaje híbrido es un paso hacia la mejora de la vida útil de la batería y la rentabilidad, pero aún es necesario desarrollar aún más el concepto.