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
Очередной миф Николая Карамзина полностью развеян российскими археологами
Оказалось, что Иван Грозный не убивал супругу своего младшего брата. Напротив, с княгиней Ульянией Углицкой случалась куда более таинственная и запутанная...
Самая запрещенная русская сказка: почему «Курочку Рябу» не любили ни цари, ни руководители СССР?
Чтобы эту историю можно было рассказывать советским детям, ее сюжет пришлось изменить самым радикальным образом. Но, может быть, это и к лучшему...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...
Гениальное ДНК-«мошенничество»: ученые раскрыли секрет рыбы, которая плевать хотела на главные законы биологии
100 000 лет успешного клонирования: амазонская моллинезия просто... копирует себя. И при этом удивительно успешно ремонтируют поврежденные гены, насмехаясь над...
Почему на Иран обрушился черный дождь и насколько он опасен?
Экологи говорят: агрессивные действия США и Израиля поставили под угрозу здоровье миллионов людей по всей планете...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Каменный топор со дна реки может переписать древнейшую историю Сибири
По словам ученых, получился отличный научный детектив: добыча золота, артефакт бронзового века, забытая цивилизация...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Раскрыта главная тайна антарктического льда: ученые узнали, как и кем была взломана природная защита Шестого континента
Похоже, той Антарктиде, которую мы знаем, приходит конец. Впрочем, это не точно...