Исследователи из Массачусетского технологического института создали новый тип топливных элементов, который втрое превосходит по энергоемкости лучшие современные батареи.
Устройство работает на жидком металлическом натрии и обычном воздухе, достигая показателя более 1000 ватт-часов на килограмм — критического порога для практического применения в электрической авиации. Это решает одну из главных проблем современного электрического транспорта: недостаточность энергоемкости батарей для питания самолетов, поездов и кораблей.
Популярные литий-ионные аккумуляторы достигают максимум 300 ватт-часов на килограмм, что далеко от необходимых показателей. Новые топливные элементы показали результат более 1500 ватт-часов на килограмм на уровне отдельного элемента.
Принципиальное отличие разработки от традиционных батарей в том, что это топливный элемент, который можно быстро заправлять, а не перезаряжать. Устройство состоит из трех компонентов: жидкого металлического натрия, слоя твердого керамического электролита и пористого воздушного электрода. Натрий химически реагирует с кислородом из воздуха, вырабатывая электричество.
Технология обещает стать особенно востребованной в авиации, где вес критически важен. По словам исследователей, достижение показателя в 1000 ватт-часов на килограмм откроет перспективы для региональной электрической авиации, на долю которой приходится около 80% внутренних рейсов и 30% авиационных выбросов.
В отличие от традиционного авиационного топлива, натрий-воздушные топливные элементы не производят выбросов углекислого газа. Вместо этого они выделяют оксид натрия, который поглощает парниковый газ из атмосферы, превращаясь в конечном итоге в бикарбонат натрия — обычную пищевую соду.
Безопасность технологии превосходит традиционные высокоэнергетические батареи. Хотя металлический натрий крайне реактивен и требует защиты от влаги, в топливном элементе одна сторона представляет собой просто воздух, что исключает риск неконтролируемой реакции между двумя концентрированными реагентами.
Команда исследователей создала стартап Propel Aero для коммерциализации технологии. На первом этапе планируется создать топливный элемент размером с кирпич мощностью около 1000 ватт-часов для питания крупных беспилотников в сельском хозяйстве. Демонстрация такого устройства ожидается в течение следующего года.
