Экологи ликуют: как натриевый элемент может изменить мир транспорта навсегда

Учёные Массачусетского технологического института разработали новый тип топливного элемента на основе натрия, который может не только заменить литий-ионные аккумуляторы в авиации, железнодорожном и морском транспорте, но и улавливать углекислый газ прямо из воздуха.

Это открытие, способное изменить подход к хранению энергии, даёт втрое большую плотность энергии по сравнению с нынешними аккумуляторами электромобилей и предлагает быструю заправку вместо традиционной зарядки.

Новый натриево-воздушный элемент использует жидкий металлический натрий и кислород из воздуха. Во время работы он не выбрасывает CO₂, а наоборот — поглощает его, производя в результате реакции пищевую соду (бикарбонат натрия).

Такой побочный продукт не только безвреден, но и может снижать кислотность воды, в которую попадает. Это решение открывает путь к созданию электрических самолётов с дальним радиусом полёта, которые не загрязняют атмосферу.

В лабораторных испытаниях два прототипа — в виде Н-образной ячейки и горизонтальной конструкции — показали выдающиеся результаты. Плотность энергии достигла 1500 ватт-часов на килограмм, что значительно превосходит возможности традиционных аккумуляторов. Это делает элемент особенно привлекательным для авиации, где вес является критическим фактором.

Помимо высокой эффективности, система обладает и другими преимуществами. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, натриевый элемент не содержит концентрированных химических реагентов, а значит, безопаснее в эксплуатации.

Металлический натрий требует надёжной изоляции, однако его доступность и лёгкость производства делают технологию масштабируемой и относительно недорогой. Он уже применялся ранее в промышленности, например, при производстве тетраэтилсвинца, и легко восполняется.

Разработка также направлена на создание многоразового картриджа, который можно быстро заменять в транспортных средствах. Это позволит избавиться от длительной зарядки — достаточно будет просто заменить использованный элемент на новый. Уже в ближайший год команда планирует провести демонстрационный полёт дрона на натриевом топливном элементе.

В основе проекта лежит объединение разных инженерных подходов. Исследования проводились на стыке технологий топливных ячеек, высокотемпературных аккумуляторов и новых натриево-воздушных решений.

Работа была поддержана такими организациями, как ARPA-E, Breakthrough Energy Ventures и Национальный научный фонд. Использовались мощности исследовательского центра MIT. nano. Команда также отметила, что сочетание их опыта позволило добиться результата, который ранее считался невозможным: создать экологичную и мощную альтернативу аккумуляторам, способную работать в сложных условиях авиации.

Если планы MIT будут реализованы, новая технология может стать ключевым решением в переходе к углеродно-нейтральному транспорту — без долгой зарядки и вредных выбросов.

Уточнения

Гидрокарбона́т на́трия (лат. Natrii hydrocarbonas), другие названия: бикарбона́т на́трия, питьева́я или пищева́я со́да, двууглеки́слый на́трий — неорганическое вещество, натриевая кислая соль угольной кислоты с химической формулой NaHCO₃.