Ученые создали топливные ячейки, втрое превосходящие литиевые батареи по плотности энергии

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 Вт-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 профессором Цзяном Йемином и его коллегами 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 данного 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 профессор Цзян Йемин и его коллеги, 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.