Гибридный аккумулятор накапливает электроэнергию и синтезирует полезные вещества
Исследователи разработали аккумуляторную систему на основе гибридного элемента, который не только накапливает электроэнергию, но и производит в проточной системе ценные химические вещества. Во время работы фурфурол-никель-гидроксидный аккумулятор преобразует молекулярный фурфурол из биомассы либо в фурфуриловый спирт, либо в фуроновую кислоту.
Фурфурол, он же 2-фуранкарбальдегид, он же фурфураль получил название от латинского furfur — «отруби». Вещество относится к альдегидам и представляет собой жидкость с запахом свежего ржаного хлеба или миндаля. Фурфурол получают из пентозных сахаров, распространённых в сельскохозяйственной биомассе, и он считается важным базовым химическим веществом. Фурфурол может окисляться до фуровой кислоты, консерванта для пищепрома и промежуточного продукта в синтезе медикаментов и ароматизаторов. При восстановлении фурфурол превращается в фурфуриловый спирт, предшественник смол, ароматизаторов и лекарств.
Хаохун Дуань и команда исследователей из Университета Цинхуа в Пекине преуспели в получении двух веществ — фурфурилового спирта и фуроновой кислоты — во время работы гибридного проточного аккумулятора. Исследование опубликовали в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Технологический прорыв воплотился в металлическом катализаторе для анода. Изготовленный из одноатомного сплава родий-медь, катализатор при зарядке аккумулятора плавно превращает содержащийся в электролите фурфурол в фурфуриловый спирт, а при разрядке аккумулятора образуется фуроновая кислота. Для катода исследователи подобрали материал из гидроксида никеля, легированного кобальтом. Аналогичный материалам используют для катодов в традиционных никель-цинковых или никель-металлогидридных батареях.
Благодаря новой сборке получилась аккумуляторная система двойного назначения: после зарядки через солнечный элемент четыре последовательно соединенных гибридных аккумулятора могли заряжать, например, светодиодные фонари и смартфоны. При этом в батарее непрерывно вырабатывались фурфуриловый спирт и фуроновая кислота, которые отводили с помощью проточной системы.
Авторы обнаружили, что новый гибридный аккумулятор сравним с рядом обычных аккумуляторов с точки зрения плотности энергии и энергопотребления. Но вместе с тем он с экономической эффективностью выдаёт химические вещества. При накоплении 1 кВт⋅ч энергии вырабатывается 0,7 кг фурфурилового спирта и 1 кг фуроновой кислоты, а система вместе с тем обеспечивает мощность 0,5 кВт⋅ч, так что, к примеру, холодильник может работать пару часов. Однако в научной статье уточнили, что фурфурол при этом подаётся в систему постоянно, и продукты химической реакции от электролита необходимо отделять всё время.
Гибридная концепция китайских учёных — это шаг к повышению экологичности и экономической эффективности перезаряжаемых батарей. Впрочем, концепция ещё нуждается в доработке.
Фурфурол, он же 2-фуранкарбальдегид, он же фурфураль получил название от латинского furfur — «отруби». Вещество относится к альдегидам и представляет собой жидкость с запахом свежего ржаного хлеба или миндаля. Фурфурол получают из пентозных сахаров, распространённых в сельскохозяйственной биомассе, и он считается важным базовым химическим веществом. Фурфурол может окисляться до фуровой кислоты, консерванта для пищепрома и промежуточного продукта в синтезе медикаментов и ароматизаторов. При восстановлении фурфурол превращается в фурфуриловый спирт, предшественник смол, ароматизаторов и лекарств.
Хаохун Дуань и команда исследователей из Университета Цинхуа в Пекине преуспели в получении двух веществ — фурфурилового спирта и фуроновой кислоты — во время работы гибридного проточного аккумулятора. Исследование опубликовали в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Технологический прорыв воплотился в металлическом катализаторе для анода. Изготовленный из одноатомного сплава родий-медь, катализатор при зарядке аккумулятора плавно превращает содержащийся в электролите фурфурол в фурфуриловый спирт, а при разрядке аккумулятора образуется фуроновая кислота. Для катода исследователи подобрали материал из гидроксида никеля, легированного кобальтом. Аналогичный материалам используют для катодов в традиционных никель-цинковых или никель-металлогидридных батареях.
Благодаря новой сборке получилась аккумуляторная система двойного назначения: после зарядки через солнечный элемент четыре последовательно соединенных гибридных аккумулятора могли заряжать, например, светодиодные фонари и смартфоны. При этом в батарее непрерывно вырабатывались фурфуриловый спирт и фуроновая кислота, которые отводили с помощью проточной системы.
Авторы обнаружили, что новый гибридный аккумулятор сравним с рядом обычных аккумуляторов с точки зрения плотности энергии и энергопотребления. Но вместе с тем он с экономической эффективностью выдаёт химические вещества. При накоплении 1 кВт⋅ч энергии вырабатывается 0,7 кг фурфурилового спирта и 1 кг фуроновой кислоты, а система вместе с тем обеспечивает мощность 0,5 кВт⋅ч, так что, к примеру, холодильник может работать пару часов. Однако в научной статье уточнили, что фурфурол при этом подаётся в систему постоянно, и продукты химической реакции от электролита необходимо отделять всё время.
Гибридная концепция китайских учёных — это шаг к повышению экологичности и экономической эффективности перезаряжаемых батарей. Впрочем, концепция ещё нуждается в доработке.
- Дмитрий Ладыгин
- onlinelibrary.wiley.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Самое секретное оружие: почему Сталин все-таки не применил его
Вместо этого советский лидер показал высший класс дипломатической игры, заставив Черчилля взять за горло Гитлера в буквальном смысле...
На Марс можно слетать только раз в жизни. Да и то, космонавту придется удалить 30–40 органов
Почему российский ученый назвал полет к Красной планете настоящим преступлением?...
Что рассказала могила Беринга? И почему знаменитый портрет мореплавателя вообще неправильный?
Как исследование 1991 году разрушило факты, которые 250 лет подряд считались незыблемыми...
Пробуждение спящего гиганта: почему в Сибири могут начаться безудержные выбросы метана
Поразительно, но Енисей оказался границей, по сторонам которой развиваются два совершенно климатических сценария. Но итог у них один...
Пугающая Европа: ученые рассказали, зачем 5000 лет назад испанцы ели друг друга
Оказалось, что древние жители юга Испании практиковали каннибализм по-разному, но делали это поголовно...
Роковой «браунинг» №389965: почему пистолет, из которого должны были ликвидировать Сталина, в итоге выстрелил в Николая II?
Это, пожалуй, самый ироничный эпизод в истории России нового времени...
Копал бомбоубежище для семьи, а нашел древние артефакты и сокровища
Эксперты считают, что найденные предметы имеют связь с Эблой, одним из крупнейших мегаполисов бронзового века...
NASA обнаружило на Марсе странные ямы: ученые теряются в догадках, как они образовались
За 14 лет на Красной планете Curiosity видел много интересного, но этот случай, похоже, самый загадочный...
Китай — это не Америка: почему больше половины детей в КНР хотят стать космонавтами, а не блогерами, как в США?
Эксперты говорят: советский драйв 30-60-х годов плюс рынок и четкое планирование сверху — вот лицо нового китайского чуда...
Антарктическая аномалия: ученые выяснили, почему масса льда на Шестом континенте увеличилась на колоссальные 700 миллиардов тонн
Эксперты предупреждают: радоваться рано. Возможно, это всего лишь временное затишье перед опасной бурей...
Идеальное ДНК-алиби: как современные криминалисты ломают феномен однояйцовых близнецов
Дорого, долго и технически очень сложно, но это единственный способ вывести на чистую воду, казалось бы, неуязвимых преступников...
Выброс на Солнце 1000 лет назад раскроет одну из главных тайн викингов?
Скандинавы на несколько веков опередили Колумба в открытии Северной Америки, но определить точный год их прибытия оказалось гораздо сложнее...