Проблема плотности энергии
Для электрификации самолётов, морского и железнодорожного транспорта требуются энергоустановки, способные обеспечивать высокую плотность энергии при минимальном весе. Современные литий-ионные батареи достигли своего потолка: около 300 Вт·ч/кг, что недостаточно даже для региональных авиаперевозок, не говоря о межконтинентальных перелётах.
Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) совместно с коллегами из других университетов представили альтернативу: металл-воздушный топливный элемент, использующий жидкий натрий в качестве топлива и атмосферный кислород в качестве окислителя. По расчётам, такая система способна достичь более 1000 Вт·ч/кг, что делает её потенциальной основой для электрической авиации нового поколения.
Устройство и принцип работы
Разработка представляет собой не перезаряжаемый аккумулятор, а именно топливный элемент, в котором натрий и кислород поступают извне. Конструкция включает:
- Жидкий натрий — энергоноситель;
- Керамический твёрдый электролит — пропускает ионы натрия;
- Пористый воздушный электрод — катализирует реакцию с кислородом;
- Контейнер — модулирующий форму и поток реагентов.
Во время работы натрий окисляется кислородом, поступающим из воздуха, в результате чего генерируется электрический ток. Реакция происходит по мере поступления топлива, а не в замкнутом объёме, как в обычных батареях. Это делает элемент легко «заправляемым».
Экспериментальные результаты
Исследователи продемонстрировали два прототипа — вертикальный и горизонтальный. Испытания показали, что на уровне одного «стека» устройство достигло плотности энергии свыше 1500 Вт·ч/кг, что соответствует ~1000 Вт·ч/кг на уровне полной системы. Это делает его конкурентоспособным по отношению к даже самым перспективным аккумуляторным технологиям.
Побочные продукты — плюс для экологии
Химическая реакция между натрием и кислородом образует оксид натрия, который в воздухе превращается в гидроксид натрия, а затем в карбонат натрия (пищевая сода). Эти соединения, по словам разработчиков, способны связывать CO₂ из атмосферы, оказывая положительный эффект на окружающую среду. Более того, при попадании в океан, эти вещества могут снижать кислотность воды.
Преимущества над аккумуляторами
Безопасность. Несмотря на высокую реактивность натрия, в данной конструкции он отделён от кислорода и влаги, что снижает риск неконтролируемой реакции. В случае повреждения реакция замедляется благодаря разведённости кислорода.
Дешевизна и доступность. В отличие от лития, натрий легко извлекается из обычной поваренной соли и ранее уже производился в промышленных масштабах (до 200 тыс. тонн в год в США).
Модульность. Система предполагает сменные топливные картриджи, заправляемые расплавленным натрием при 98°C — ниже температуры кипения воды. Это упрощает логистику и обслуживание.
Применение и планы на будущее
Команда разработчиков уже основала стартап Propel Aero, который работает в инкубаторе MIT The Engine. В краткосрочной перспективе они планируют создать модуль размером с кирпич, способный обеспечить 1 кВт·ч энергии — достаточно для питания крупного дрона.
Первым рынком может стать сельское хозяйство и беспилотные платформы, где требования к плотности энергии критичны. В дальнейшем технология может масштабироваться до региональных самолётов, которые обеспечивают до 80% внутренних авиаперевозок.
Источник: https://news.mit.edu/2025/new-fuel-cell-could-enable-electric-aviation-0527
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
