Mais do que apenas armazenar eletricidade: cientistas desenvolvem dupla

Aug 16, 2023

Por Wiley30 de agosto de 2023

Pesquisadores da Universidade de Tsinghua desenvolveram uma bateria híbrida que não apenas armazena e fornece eletricidade, mas também produz produtos químicos valiosos como álcool furfurílico e ácido furóico. O sistema de dupla utilização combina recursos de baterias recarregáveis ​​e de fluxo redox, usando catalisadores especializados para transformar furfural derivado de biomassa em produtos químicos úteis enquanto a bateria carrega ou descarrega.

As baterias recarregáveis ​​armazenam eletricidade nos materiais dos eletrodos, enquanto as baterias de fluxo redox usam produtos químicos armazenados em tanques presos aos eletrodos. Os cientistas desenvolveram recentemente um sistema de bateria híbrida que não apenas armazena e fornece eletricidade, mas também gera produtos químicos úteis em um sistema de fluxo.

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.

Furfural é uma pequena molécula formada a partir de açúcares pentoses comuns na biomassa agrícola e é considerada uma importante plataforma química a partir da qual vários intermediários podem ser obtidos para diversas aplicações. Pode ser oxidado em ácido furóico, um conservante de alimentos e intermediário na síntese de produtos farmacêuticos e fragrâncias.

Quando reduzido, o furfural é convertido em álcool furfurílico, um precursor em resinas, sabores e medicamentos. Haohong Duan e uma equipe de pesquisadores da Universidade Tsinghua em Pequim, China, conseguiram agora obter ambos os produtos químicos de valor agregado durante a operação de uma bateria de fluxo híbrido, aumentando a eficiência de custos do sistema de bateria.

Quando carregadas, as baterias recarregáveis ​​padrão armazenam eletricidade em seus eletrodos e a alimentam em um circuito à medida que são descarregadas. Outro tipo de bateria, as baterias de fluxo redox, armazenam eletricidade em produtos químicos, com os produtos químicos circulando entre dois estados e permanecendo dentro da bateria. Combinando ambos os conceitos, os investigadores investigaram até que ponto tais baterias são capazes de produzir produtos químicos adicionais enquanto armazenam ou fornecem energia.

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"}]"> liga, este catalisador converteu suavemente o furfural contendo eletrólito em álcool furfurílico quando a bateria foi carregada, enquanto o ácido furóico foi formado quando a bateria foi descarregada. Para o cátodo, os pesquisadores identificaram um material de hidróxido de níquel dopado com cobalto, semelhante aos materiais catódicos usados ​​nas baterias tradicionais de níquel-zinco ou níquel-hidreto metálico.

Essa montagem levou a um verdadeiro sistema de bateria de uso duplo: após o carregamento (usando uma célula solar), quatro baterias híbridas conectadas em série foram capazes de operar vários dispositivos, incluindo luzes LED e smartphones, enquanto produziam continuamente álcool furfurílico e ácido furóico durante a bateria. ciclo, com esses produtos químicos sendo conduzidos usando um sistema de fluxo.

Os autores descobriram que a nova bateria híbrida é comparável a uma série de baterias comuns em termos de densidade de energia e densidade de potência, mas fornece energia e produtos químicos de valor agregado ao mesmo tempo. Ao armazenar 1 kWh de energia, são produzidos 0,7 kg de álcool furfurílico e 1 kg de ácido furóico quando o sistema fornece uma potência de 0,5 kWh (na qual um refrigerador pode funcionar por algumas horas). Contudo, o furfural é continuamente alimentado no sistema e os produtos devem ser separados do eletrólito.