清洁的可再生电能（太阳能和风能），由于间歇性、波动性和地域分布不均的特点，未能大规模替代当前的化石能源。储能技术作为中间“缓冲带”，可以消纳日益增加的可再生电能，并按需转化为有序电能。由此，一系列电化学储能技术（如锂/钠离子电池，氧化-还原液流电池、锂硫电池、锌-空气电池等）得以蓬勃发展。但是，受限于材料、设备投资、操作和维护成本等方面的高资本支出，这些电池在规模化储能上的经济可行性仍然具有挑战性。

近日，清华大学的段昊泓副教授课题组提出了一种全新的“生物质电池”概念，该电池基于生物质平台分子糠醛的氧化还原性，与可逆的电池材料配对耦合，实现了电池充放电过程联产高附加值化学品（糠醇和糠酸）。这一研究策略有望降低电池系统的整体成本，提高经济效益。

作者首先验证了生物质电池概念可行性。使用Cu为双功能催化剂，实现了在-0.83 V电位处附近糠醛的氧化还原，通过选取具有较高理论电位（0.49 V）的Ni(OH)₂材料为电池正极，开路电压可达1.31 V。该电池在充电过程中，糠醛发生还原反应生成糠醇，伴随正极Ni(OH)₂氧化为NiOOH并存储电荷；在放电过程中，糠醛发生还原反应生成糠酸，伴随正极NiOOH还原为Ni(OH)₂并释放电荷。

在以上基础上，作者进一步设计了单原子铑-铜合金（Rh₁Cu），作为双功能电催化负极，使糠醛还原到糠醇的法拉第效率从22%提升至73%。使用钴掺杂的氢氧化镍（Co_0.2Ni_0.8(OH)₂）作为电池正极，有效避免了OER与Ni(OH)₂氧化生成NiOOH过程的竞争，提高了氧化还原的可逆性，提供了216 mAh g^–1的电池容量。

作者将Rh₁Cu单原子合金催化负极与Co_0.2Ni_0.8(OH)₂电池正极组装为流动全电池，其开路电压为1.29 V，峰值功率密度高达107 mW cm^-2，放电容量（19.6 mAh cm^-2，相当于~150 mAh g^-1）、库仑效率（20 mA cm^-2时达95%）、能量密度（19.8 mWh cm^-2）和能效（62%），可媲美主流的锌-空气电池，同时优于大部分文献报道的电催化-电池混合体系。

相比于主流电池，该电池的显著优势为，在充放电时联产高附加值的化学品（糠醇和糠酸），具备以不同的充放电速率实现化学品生产和电力存储与释放的能力。如以50 mA cm^-2的电流密度进行充放电，在输出0.78度电时可生产1公斤糠酸，在存储1度时生产0.62公斤糠醇。

初步技术经济分析表明，该生物质电池每消耗1吨糠醛，带来132美元的收益；每释放1度电力，带来0.4美元的收益，即度电成本为−0.4 $/kWh，低于美国能源部设定的目标（0.1 $/kWh）。作者认为，该电催化-电池复合系统适用于生物质资源和可再生电能丰富的应用场景，有望实现分布式储能。