Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили новый тип топливного элемента на основе натрия и воздуха, который может стать важным шагом в развитии транспорта будущего — в том числе электрических самолётов. В отличие от традиционных натрий-воздушных аккумуляторов, инновационная система позволяет добиться большей плотности энергии и безопаснее в эксплуатации. Кроме того, технология может способствовать снижению уровня углекислого газа в атмосфере.
Как это работает
В отличие от аккумуляторов, где все реактивы запечатаны внутри корпуса, в топливных элементах они подаются извне, что позволяет значительно быстрее «перезаряжать» устройство — достаточно заменить топливо.
Прототип топливного элемента MIT состоит из двух вертикальных стеклянных трубок, соединённых керамическим электролитом и пористым воздушным электродом. В одной трубке находится жидкий металлический натрий, в другой — воздух, содержащий кислород. При взаимодействии компонентов образуется оксид натрия и выделяется энергия. Управляя влажностью воздуха, учёным удалось достичь энергетической плотности 1700 ватт-часов на килограмм — при том, что для питания самолётов достаточно 1000 ватт-часов на килограмм.
Важно, что в случае нештатной ситуации система остаётся безопасной: в отличие от литиевых аккумуляторов, в ней отсутствует риск теплового разгона — неконтролируемой реакции с выделением большого количества тепла.
Зачем это нужно
Топливный элемент MIT решает сразу несколько задач:
- Более высокая энергетическая плотность. Это делает его подходящим для тяжёлого транспорта, например, самолётов или кораблей, где традиционные аккумуляторы слишком громоздки и неэффективны.
- Устранение дефицита сырья. В отличие от лития, который требует сложной добычи и ограничен по запасам, натрий можно получать из обычной соли, доступной по всему миру.
- Поглощение углекислого газа. Образующийся при работе устройства оксид натрия реагирует с влагой и затем с углекислым газом, превращаясь в бикарбонат натрия (пищевую соду). Это не только снижает уровень CO₂ в атмосфере, но и помогает бороться с закислением океанов.
Сейчас команда работает над созданием топливных элементов размером с кирпич, чтобы продемонстрировать их в беспилотниках, а в будущем — применять на более крупной технике.
Результаты работы опубликованы в журнале Joule.
