Новая революция в электробатареях: натриевые топливные элементы в 3 раза мощнее лития

Американские ученые из Массачусетского технологического института (MIT) представили инновационную разработку — топливные элементы на основе натрия, способные вырабатывать в три раза больше энергии на килограмм массы, чем современные литиевые аккумуляторы, используемые в электромобилях и беспилотных летательных аппаратах. Эта технология может стать прорывом в создании полностью электрической авиации, заявили в пресс-службе института, подчеркивая, что существующие батареи пока не способны обеспечить необходимую плотность энергии для такого применения.

Профессор Цзян Йемин, руководитель исследовательской группы, пояснил, что для электропитания авиации требуются источники, способные выдавать около тысячи ватт-часов на килограмм массы, тогда как современные литиевые батареи обеспечивают лишь около 300 ватт-часов. Прототип их натриевой топливной ячейки уже демонстрирует показатель 1,7 кВт⋅ч на килограмм, что в полной версии может приблизиться к требуемой границе. Это открывает возможности не только для авиации, но и для других сфер, где вес и энергоемкость имеют критическое значение.

Топливная ячейка, по определению, — это устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую за счет реакции между двумя химическими веществами. В традиционных системах они состоят из емкостей с реагентами, насосов для циркуляции, электродов и мембраны, пропускающей ионы или протоны, что позволяет веществам взаимодействовать и вырабатывать ток. Однако сложность повторного использования таких систем и их перезарядки долгое время оставалась главным препятствием для их широкого применения.

Американским исследователям удалось обойти это ограничение, создав уникальную систему с жидким натриевым анодом, твердотельной мембраной, избирательно пропускающей ионы натрия, и пористым катодом, взаимодействующим с кислородом и водяными парами из воздуха. В ходе работы протекает реакция, приводящая к образованию натриевой щелочи и выделению большого количества энергии. Кроме того, выделяемую щелочь можно либо использовать в промышленности, либо выбрасывать в атмосферу, где она нейтрализует углекислый газ, превращая его в соду. Это делает технологию экологически полезной и способной снижать углеродный след.

Отдельным преимуществом нового элемента питания является доступность и распространенность натрия на планете. В отличие от редких и дорогих материалов, используемых в литиевых аккумуляторах, натрий производится в больших объемах химической промышленностью, что гарантирует потенциальное снижение стоимости и масштабируемость технологии. По словам ученых, это открывает перспективы для широкого применения таких топливных ячеек — от транспорта до стационарных энергетических систем.