MIT: Создан материал для увеличения плотности энергии аккумуляторов на 40%

Американские специалисты в области материаловедения создали принципиально новый тип топливных элементов на основе натрия, демонстрирующих втрое превосходящую энергоемкость на килограмм веса по сравнению с самыми современными литий-ионными аккумуляторами, применяемыми в электрокарах и беспилотных летательных аппаратах. Это достижение открывает перспективы для разработки полностью электрических летательных аппаратов.

Для обеспечения полноценной работы электрической авиации требуются источники энергии, способные выдавать около тысячи ватт-часов на килограмм массы. Современные аккумуляторные батареи для электромобилей обеспечивают около 300 Вт⋅ч/кг, что значительно ниже необходимого уровня. Экспериментальный прототип, разработанный учеными, демонстрирует показатель в 1,7 кВт⋅ч на килограмм массы, что позволяет рассчитывать на достижение целевого показателя в 1 кВт⋅ч в финальной версии топливного элемента.

Представленный исследователями источник энергии представляет собой топливную ячейку – устройство, генерирующее электрический ток посредством химических реакций между двумя группами веществ. Традиционно такие ячейки состоят из резервуаров, насосов, электродов и специальной мембраны, обеспечивающей протекание реакций за счет пропускания протонов или других носителей заряда.

Теоретически, топливные ячейки обладают потенциалом для хранения значительно большего количества энергии, чем литиевые аккумуляторы, однако их сложнее перезаряжать и использовать повторно. Американские исследователи утверждают, что разработанная ими система лишена этого недостатка. Она состоит из жидкого натриевого анода (отрицательного электрода), твердотельной мембраны, селективно пропускающей ионы натрия, и пористого катода (положительного электрода), который взаимодействует с кислородом и водяным паром из окружающей среды.

В процессе функционирования этого источника питания молекулы кислорода и воды непрерывно реагируют с ионами натрия, проходящими через мембрану, что приводит к образованию натриевой щелочи и выделению значительного количества энергии. Образующуюся щелочь можно использовать в промышленных целях или выбрасывать в атмосферу подобно выхлопным газам самолетов, где она будет нейтрализовать углекислый газ, превращая его в обычную соду, тем самым оказывая положительное воздействие на климат планеты.

Еще одним преимуществом этого элемента питания, по словам ученых, является широкая распространенность натрия на Земле и его активное производство в больших объемах химической промышленностью. В перспективе это позволит снизить стоимость производства подобных топливных ячеек и применять их для решения широкого круга задач, заключили материаловеды.