Plus que du simple stockage d’électricité : les scientifiques développent un système double

Par Wiley30 août 2023

Des chercheurs de l'Université Tsinghua ont développé une batterie hybride qui non seulement stocke et fournit de l'électricité, mais produit également des produits chimiques précieux comme l'alcool furfurylique et l'acide furoïque. Le système à double usage combine les caractéristiques des batteries rechargeables et des batteries à flux redox, en utilisant des catalyseurs spécialisés pour transformer le furfural dérivé de la biomasse en produits chimiques utiles pendant que la batterie se charge ou se décharge.

Les batteries rechargeables stockent l'électricité dans leurs matériaux d'électrode, tandis que les batteries à flux redox utilisent des produits chimiques stockés dans des réservoirs fixés aux électrodes. Les scientifiques ont récemment conçu un système de batterie hybride qui non seulement stocke et fournit de l'électricité, mais génère également des produits chimiques utiles dans un système de flux.

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"}]">acide.

Le furfural est une petite molécule formée à partir de sucres pentoses courants dans la biomasse agricole, et il est considéré comme une plate-forme chimique importante à partir de laquelle un certain nombre d'intermédiaires peuvent être obtenus pour diverses applications. Il peut être oxydé en acide furoïque, un conservateur alimentaire et intermédiaire dans la synthèse de produits pharmaceutiques et de parfums.

Une fois réduit, le furfural est converti en alcool furfurylique, précurseur des résines, des arômes et des médicaments. Haohong Duan et une équipe de chercheurs de l'Université Tsinghua de Pékin, en Chine, ont réussi à obtenir les deux produits chimiques à valeur ajoutée lors du fonctionnement d'une batterie à flux hybride, augmentant ainsi la rentabilité du système de batterie.

Lorsqu'elles sont chargées, les batteries rechargeables standard stockent l'électricité dans leurs électrodes et l'injectent dans un circuit au fur et à mesure qu'elles se déchargent. Un autre type de batterie, les batteries à flux redox, stocke l'électricité dans des produits chimiques, les produits chimiques circulant entre deux états et restant dans la batterie. En combinant les deux concepts, les chercheurs ont étudié dans quelle mesure ces batteries sont capables de produire des produits chimiques supplémentaires tout en stockant ou en fournissant de l'énergie.

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"}]"> alliage, ce catalyseur convertissait en douceur le furfural contenant un électrolyte en alcool furfurylique lorsque la batterie était chargée, tandis que de l'acide furoïque se formait lorsque la batterie était déchargée. Pour la cathode, les chercheurs ont identifié un matériau d'hydroxyde de nickel dopé au cobalt, similaire aux matériaux de cathode utilisés dans les batteries traditionnelles nickel-zinc ou nickel-hydrure métallique.

Cet assemblage a donné naissance à un véritable système de batterie à double usage : après avoir été chargées (à l'aide d'une cellule solaire), quatre batteries hybrides connectées en série étaient capables de faire fonctionner divers appareils, notamment des lampes LED et des smartphones, tout en produisant continuellement de l'alcool furfurylique et de l'acide furoïque pendant la durée de la batterie. cyclage, ces produits chimiques étant évacués à l’aide d’un système de flux.

Les auteurs ont constaté que la nouvelle batterie hybride est comparable à un certain nombre de batteries courantes en termes de densité énergétique et de densité de puissance, mais qu'elle fournit à la fois de l'énergie et des produits chimiques à valeur ajoutée. En stockant 1 kWh d'énergie, 0,7 kg d'alcool furfurylique sont produits et 1 kg d'acide furoïque est produit lorsque le système fournit une puissance de 0,5 kWh (avec laquelle un réfrigérateur peut fonctionner pendant quelques heures). Cependant, le furfural est continuellement introduit dans le système et les produits doivent être séparés de l'électrolyte.