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摘要：研究人员设计了一种可充电生物质电池，将电能储存/发电和通过糠醛的电合成结合到一个系统中。通过电催化剂（Rh1Cu单原子合金）和阴极氧化还原对（Co0.2Ni0.8(OH)2）的设计，该电池在充电过程中产生糠醇，在放电过程中产生糠酸，达到了高开路电压1.29 V和高功率密度107 mW cm−2。

关键词：可充电生物质电池、混合流动电池、糠醇-糠酸、铑-铜单原子合金、镍掺杂钴氢氧化物

《应用化学国际版》上最新刊发了一篇清华大学的段昊泓教授及其团队的文章，主要介绍了一种用于储电/发电的同时生产有价值化学品的可充电生物质电池。

通常，可充电电池通过其电极材料储存电能，而流动电池则利用储存在电极附加的罐中的化学物质。研究人员开发出一种基于混合电池的电池系统，该系统不仅可以储存和提供电能，还可以在流动系统中产生有价值的化学物质。在运行过程中，糠醛-羟基氢氧化镍电池将生物质来源的分子糠醛转化为糠醇或糠酸。

研究人员设计了一种可充电生物质电池，将电能储存/发电和通过糠醛的电合成结合到一个系统中。通过电催化剂（Rh1Cu单原子合金）和阴极氧化还原对（Co_0.2Ni_0.8(OH)₂）的设计，该电池在充电过程中产生糠醇，在放电过程中产生糠酸，达到了高开路电压1.29 V和高功率密度107 mW cm⁻²。

——李等人，《应用化学》

糠醛是由农业生物质中常见的戊糖糖产生的小分子，被认为是一种重要的平台化学品，可用于获得各种应用的中间体。其可以被氧化为糠酸，是食品防腐剂和制药和香料合成中间体；当还原时，糠醛转化为糠醇，这是树脂、香精和药物的前体。研究人员现已成功地在混合流动电池的运行过程中获得了这两种增值化学品，提高了电池系统的成本效益。

充电时，标准可充电电池将电能储存在其电极中，并在放电时将其输入电路；而流动电池，则将电能储存在化学物质中，化学产物在两种状态之间循环，并保留在电池内。研究人员结合了这两个概念，调查了这种电池在储存或提供能源的同时能否产生额外的化学品的可能性。

一项突破性的进展是通过阳极使用双功能金属催化剂。这种催化剂由铑-铜单原子合金制成，当电池充电时能够顺利地将含电解质的糠醛转化为糠醇，而在电池放电时则形成糠酸。对于阴极，研究人员确定了一种镍掺杂的钴氢氧化物材料，类似于传统的镍锌或镍金属氢化物电池中使用的阴极材料。

这种组装使得真正的双用途电池系统成为可能——在充电后（使用太阳能电池），四个串联的混合电池能够驱动各种设备，包括LED灯和智能手机，同时在电池循环过程中持续生产糠醇和糠酸，并通过流动系统将这些化学品输送出去。

研究发现，新的混合电池在能量密度和功率密度方面与许多常见电池相当，同时提供电能和增值化学品。

在储存1千瓦时的能量时，可生产0.7千克的糠醇，在提供0.5千瓦时的能量（可以让一台冰箱运行几个小时）时，可生产1千克的糠酸。然而，糠醛不断进入系统，因而产品必须与电解质分离。

该团队的混合概念是改善可充电电池的可持续性和成本效益的一步，但还需要进一步发展。

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用于储电/发电和同时生产有价值化学品的可充电生物质电池