Una batería híbrida almacena electricidad y produce valiosos productos químicos al mismo tiempo
Las pilas recargables almacenan la electricidad en los materiales de sus electrodos, mientras que las pilas de flujo redox utilizan sustancias químicas almacenadas en depósitos adosados a los electrodos. Los investigadores han desarrollado ahora un sistema de pilas basado en una célula híbrida, que no sólo almacena y suministra electricidad, sino que también produce valiosos productos químicos en un sistema de flujo. Durante su funcionamiento, la pila de furfural e hidróxido de níquel convierte el furfural molecular derivado de la biomasa en alcohol furfurílico o ácido furoico.
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El furfural es una pequeña molécula formada a partir de azúcares pentosa comunes en la biomasa agrícola, y se considera una importante sustancia química de plataforma a partir de la cual pueden obtenerse una serie de productos intermedios para diversas aplicaciones. Puede oxidarse a ácido furoico, un conservante alimentario e intermedio en la síntesis de productos farmacéuticos y fragancias. Cuando se reduce, el furfural se convierte en alcohol furfurílico, precursor de resinas, aromas y fármacos. Haohong Duan y un equipo de investigadores de la Universidad Tsinghua de Pekín (China) han conseguido ahora obtener ambos productos químicos de valor añadido durante el funcionamiento de una batería de flujo híbrida, lo que aumenta la rentabilidad del sistema de baterías.
Cuando se cargan, las baterías recargables estándar almacenan electricidad en sus electrodos y la introducen en un circuito a medida que se descargan. Otro tipo de baterías, las de flujo redox, almacenan la electricidad en sustancias químicas, cuyos productos químicos alternan entre dos estados y permanecen dentro de la batería. Combinando ambos conceptos, los investigadores estudiaron hasta qué punto estas baterías son capaces de producir productos químicos adicionales mientras almacenan o suministran energía.
Un gran avance fue la creación de un catalizador metálico bifuncional para el ánodo. Fabricado con una aleación de un átomo de rodio y cobre, este catalizador convertía sin problemas el furfural que contenía el electrolito en alcohol furfurílico cuando se cargaba la pila, mientras que el ácido furoico se formaba cuando se descargaba. Para el cátodo, los investigadores identificaron un material de hidróxido de níquel dopado con cobalto, similar a los materiales catódicos utilizados en las baterías tradicionales de níquel-zinc o níquel-hidruro metálico.
Este ensamblaje dio lugar a un auténtico sistema de batería de doble uso: tras la carga (mediante una célula solar), cuatro baterías híbridas conectadas en serie fueron capaces de hacer funcionar diversos dispositivos, como luces LED y teléfonos inteligentes, al tiempo que producían continuamente alcohol furfurílico y ácido furoico durante el ciclado de la batería, y estas sustancias químicas se evacuaban mediante un sistema de flujo.
Los autores descubrieron que la nueva batería híbrida es comparable a varias baterías comunes en términos de densidad energética y densidad de potencia, pero proporciona energía y productos químicos de valor añadido al mismo tiempo. Mientras se almacena 1 kWh de energía, se producen 0,7 kg de alcohol furfurílico, y 1 kg de ácido furoico cuando el sistema proporciona una potencia de 0,5 kWh (con la que puede funcionar un frigorífico durante un par de horas). Sin embargo, el furfural se introduce continuamente en el sistema y los productos deben separarse del electrolito.
El concepto híbrido del equipo es un paso adelante en la mejora de la sostenibilidad y la rentabilidad de las pilas recargables, pero aún es necesario desarrollarlo más.