В то время как аккумуляторный привод чудесно работает на автомобилях и оказался подходящим для повседневного использования, он достигает жестких ограничений для тяжелых грузовиков и еще больше с самолетами и судами. Исследователи из Массачусетского технологического института (с) нашли решение вместе с другими партнерами. Они разработали новый топливный элемент, который использует жидкий натрия для создания электроэнергии.
Жидкий натриевый металл является недорогим и широко распространенным. Как второй элемент, новый топливный элемент использует окружающий воздух, который служит источником для атомов кислорода. В промежутке есть слой твердого керамического материала в качестве электролита, который позволяет ионам натрия свободно проходить. По словам исследователей в текущей публикации, пористый электрод, обращенный на воздух, позволяет химической реакции натрия с кислородом и производством электроэнергии.
В ряде экспериментов с прототипом, но все еще в лабораторном масштабе, исследователи показали, что этот новый топливный элемент может хранить более чем в три раза больше энергии на единицу веса, чем литий-ионные батареи, которые используются в текущих электромобилях. Ваши результаты будут опубликованы сегодня в журнале Joule, в статье MIT-Doctoral Karen Sugano, Sunil Mair и Saahir Ganti-Agrawal, профессора материаловедения и техники и пяти других людей.
«Мы предполагаем, что люди считают, что эта идея совершенно сумасшедшей», -говорит, пока Чиан, профессор материаловедения и технологии. «Если нет, я был бы немного разочарован, потому что, если бы люди не думали, что что -то совершенно сумасшедшее, это, вероятно, не будет таким революционным». По его словам, эта технология должна быть потенциалом быть революционной. Особенно в авиации, где вес является особенно важным, такое улучшение плотности энергии может означать прорыв, что, наконец, делает электрические полеты практичными в более широком масштабе.
«Порог, необходимый для реалистичной электрической воздушной поездки, составляет около 1000 Вт часами на килограмм», — говорит Чианг. Сегодняшние литий-ионные аккумуляторы для электромобилей достигают около 300 Вт часами на килограмм от необходимости авиации. По словам Чианга, 1000 ватт часов на килограмм все равно будет недостаточно, чтобы обеспечить трансатлантические рейсы. Тем не менее, этого было бы достаточно для около 80 процентов внутренних рейсов в Соединенных Штатах, что привело к тому, что в стране приходилось около 30 процентов выбросов авиации. В европейском масштабе технологии могут охватить большую часть рейсов в Европе.
Технология также может быть важной для других секторов, таких как доставка и железнодорожное движение. «Все они нуждаются в очень высокой плотности энергии и низких затрат», — говорит Чианг. «И это именно то, что мы раздражали на натриевой металл». За последние три десятилетия исследование литий-воздушных или натриевых воздушных батарей было интенсивно исследовано, но было трудно сделать их полностью перезаряжаемыми. «Плотность энергии металлических батарей давно известна и чрезвычайно привлекательной, но никогда не была реализована на практике»,-говорит Чан.
В конце концов …
Используя ту же основную электрохимическую концепцию, только то, что исследователи сделали его топливным элементом вместо батареи, они смогли практически реализовать преимущества высокой плотности энергии. В отличие от аккумулятора, материалы которого составлены один раз и затвердевают в контейнере, энергоносимые материалы используются и из топливного элемента.
Выхлопные газы топливного элемента не только не содержат CO2, они даже связывают CO2 из воздуха, поскольку гидроксид соды создается в качестве побочного продукта, CO2 превращается в бикарбонат натрия, известный как разрыхлитель. Это имеет дополнительное преимущество: если конечный продукт, бикарбонат натрия, оказывается в море, он может помочь дезактивировать воду и, таким образом, противодействовать еще одному вредному эффекту парникового газа.
Система также должна быть более безопасной, чем батареи, так как только одна сторона реакции постоянно доступна с воздухом. Это снижает риск взрывов в случае несчастных случаев. Отдельные ячейки также взаимозаменяемы, потому что они могут быть заполнены как газовая бутылка. Исследователи описывают расположение, такие как сложенные таблетки на полке.
Кроме того, натрий в основном поступает из хлорида натрия, то есть соли, и, следовательно, является множеством обильных, широко распространенных и простых в выигрыше по всему миру — в отличие от лития и других материалов, которые используются в современных батареях электромобилей.
Propel Aero работает над масштабированием системы
В настоящее время существует только небольшой прототип одноклеточных, но Чанг уверен, что система может быть масштабирована довольно просто на практических размерах для коммерциализации. Члены исследовательской группы уже основали компанию Propel Aero для разработки этой технологии. В настоящее время компания находится в инкубаторе стартапов с «двигателем».
Запланированная система состоит в том, чтобы использовать заполняемый картридж, который будет заполнен и герметизирован жидким натриевым металлом. После выгрузки он будет возвращен на станцию пополнения и заполнено свежим натрием. Натрий расплавится в 98 градусах по Цельсию, чуть ниже температуры кипения воды, так что его можно легко нагреть до точки плавления, чтобы пополнить картриджи.
Прежде всего, планируется разработать топливный элемент, приблизительно размещенный в кирпиче, который может обеспечить около 1000 Вт часов энергии — достаточно для управления большим беспилотником — чтобы проверить концепцию в практической форме, которая может быть использована, например, в сельском хозяйстве. Команда надеется иметь возможность завершить такую демонстрацию в течение следующего года.
Источник: с — новым топливным элементом может включить электрическую авиацию
