Forscher haben eine innovative Hybridbatterie entwickelt, die nicht nur Strom speichert, sondern auch wertvolle chemische Verbindungen aus Biomasse erzeugt. Mit Hilfe eines bifunktionalen Metallkatalysators werden beim Aufladen Furfurylalkohol und beim Entladen Furan-2-carbonsäure gewonnen, was die Batterie zu einer kosteneffizienten und vielseitigen Energiequelle macht.
Forscher der Tsinghua University haben mit einer Hybridzelle ein neuartiges Batteriesystem geschaffen, das sowohl ein Stromspeicher ist als auch verwertbare Chemikalien erzeugt. Beim Betrieb dieser Furfural-Nickelhydroxid-Hybridbatterie werden aus Furfural, einer Plattformchemikalie aus Biomasse, die Veredelungsprodukte Furfurylalkohol und Furan-2-carbonsäure gewonnen.
Zwei Veredlungsprodukte aus einer wiederaufladbaren Flussbatterie
Bei der Oxidation aus Furfural entsteht Furan-2-carbonsäure (Brenzschleimsäure), ein Konservierungsmittel für Lebensmittel sowie Grund- und Hilfsstoff für Duftstoffe und Lacke. Reduziert wird aus Furfural Furfurylalkohol, ein Grundstoff für Harze, Aromen und Arzneimittel. Das Team um Haohong Duan hat beide Veredelungsprodukte nun aus dem laufenden Betrieb einer wiederaufladbaren Flussbatterie gewonnen.
Die Experten haben einen bifunktionalen Metallkatalysator für die negative Elektrode entwickelt. An diesem Rhodium-dotierten Kupferkatalysator wird Furfural beim Aufladen zu Furfurylalkohol umgesetzt, während beim Entladen Furan-2-carbonsäure entsteht. Für die positive Elektrode wurde das Team mit einem Cobalt-dotierten Nickelhydroxidmaterial fündig, ähnlich denen in Nickel-Zink- oder Nickel-Metallhydrid-Akkus.
Hybridbatterie produziert kontinuierlich wertvolle Produkte
Die Batterie ermöglicht eine parallele Verwendung: Vier reihengeschaltete Batterien betrieben nach dem Aufladen (mit einer Solarzelle) verschiedene Lastgeräte, unter anderem Leuchtmittel und Smartphones. Während gleichzeitig Furfurylalkohol beim Aufladen und Furan-2-Carbonsäure beim Lastbetrieb über ein Flusssystem abgeführt werden.
In ihrer Energie- und Leistungsdichte ist die Hybridbatterie vergleichbar mit herkömmlichen Batterien, dafür aber produziert sie nicht nur Strom, sondern kontinuierlich wertvolle Produkte, heißt es. Bei der Speicherung von einer Kilowattstunde fallen 700 Gramm Furfurylalkohol an, während beim Betrieb ein Kilogramm Furan-2-carbonsäure pro halber Kilowattstunde gewonnen werden. Allerdings wird dabei ständig Furfural zugeführt, und die Produkte müssen vom Elektrolyten isoliert werden.
(pi)
