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
Новое исследование показало: Стоунхендж столетиями «водил за нос». Похоже, историю опять придется переписывать
Оказалось, что сенсация скрывалась в огромном круге, состоящем из загадочных шахт...
Людовик XIV умер совсем не от гангрены: ученые сумели раскрыть истину лишь 310 лет спустя
Эксперты говорят: французский король был обречен. Медикам того времени была совершенно неизвестна его болезнь...
Необъяснимые аномалии в тайге на Дальнем Востоке: читаем походные дневники военного разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть первая: свет в ночном море, мираж «фата-моргана» и почти моментальное замерзание воды...
ЦРУ, море в пустыне и нефть: кто и зачем остановил проект Египта на 60 лет?
Часть вторая: Холодная война, 200 ядерных взрывов и 15 миллиардов, которые могут все изменить...
Меньше трех дней до конца света на орбите: почему программа CRASH Clock бьет тревогу?
Сотрудники Маска уверяют, что у них все под контролем. Но эксперты сравнивают орбиту с карточным домиком. Кто же прав?...
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Что стоит за таинственными аномалиями в дальневосточной тайге? Продолжаем читать походные дневники военного разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть вторая: снежная гроза, феномен моретрясения и встреча со «снежным человеком»...
Египет хотел создать МОРЕ в пустыне Сахара: почему проект заморозили на 60 лет?
Часть первая: Реальный шанс спастись от всемирного потопа...
Российский ученый уверен, что максимально приблизился к разгадке тайны шаровой молнии
Похоже, наука ошибалась: это не плазменный сгусток, а «живой кристалл» из частиц-призраков...
Темная сторона Рима: выяснилось, что Империя веками «выкачивала» здоровье из покоренных народов
Новые находки заставили ученых признать: для простых людей римский «прогресс» был скорее приговором, чем спасением. Но почему же так вышло?...
Встречи с неведомым: завершаем чтение дневников разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть третья: таинственный огонь в лесу, свет из облаков, призрак в тумане и странный дым на море...
Загадочная письменность Б из пещер у Мертвого моря наконец-то расшифрована
Ученые «ломали» древний шифр эпохи Христа более 70 лет, но результат разочаровал многих. Почему?...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...