Американские материаловеды разработали новый класс топливных элементов на базе натрия, способные вырабатывать втрое больше энергии на каждый килограмм их массы, чем самые продвинутые литиевые аккумуляторы в электромобилях и беспилотных аппаратах. Их разработка открывает дорогу для создания полностью электрической авиации, сообщила пресс-служба Массачусетского технологического института (MIT).
«Для создания полноценной электрической авиации необходимы источники питания, способные вырабатывать порядка тысячи ватт-часов на каждый килограмм массы. Современные батареи для электромобилей вырабатывают порядка 300 кВт⋅ч, что далеко от этой границы. Прототип нашей системы вырабатывает порядка 1,7 кВт⋅ч на килограмм массы, что позволит полной версии данной топливной ячейки достичь отметки в 1 кВт⋅ч», — пояснил профессор MIT Цзян Йемин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Разработанный исследователями источник питания представляет собой так называемую топливную ячейку — устройство, производящее электрический ток в результате химических реакций между двумя наборами химических веществ. Как правило, они состоят из емкостей, насосов, наборов электродов и специальной мембраны, позволяющей веществам вступать в реакции друг с другом благодаря тому, что мембрана пропускает через себя протоны или другие носители зарядов.
Топливные ячейки в теории способны запасать значительно больше энергии, чем аккумуляторы на базе лития, однако их значительно сложнее перезаряжать и повторно использовать. Американские исследователи выяснили, что этого недостатка лишена разработанная ими система, состоящая из жидкого натриевого анода (отрицательного электрода), специальной твердотельной мембраны, избирательно пропускающей ионы натрия, и пористого катода (положительного электрода), взаимодействующего с кислородом и парами воды в окружающем воздухе.
В процессе работы этого источника питания молекулы кислорода и воды постоянно взаимодействуют с ионами натрия, проходящими через мембрану, что приводит к образованию натриевой щелочи и выделению больших количеств энергии. Эту щелочь можно запасать для использования в промышленности или же выбрасывать в воздух подобно выхлопу самолетов, в результате чего она будет нейтрализовать углекислый газ и превращать его в обычную соду, что благотворно будет влиять на климат Земли.
Дополнительным плюсом этого элемента питания, как отмечают ученые, является то, что натрий широко распространен на Земле и активно производится в больших количествах химической промышленностью. В перспективе это удешевит производство подобных топливных ячеек и позволит использовать их для решения самого широкого спектра задач, подытожили материаловеды.
