Alternatywa dla baterii litowych

Nowa technologia różni się od tradycyjnych akumulatorów tym, że działa jak ogniwo paliwowe - można je szybko "zatankować" zamiast długo ładować. Paliwem jest płynny metaliczny sód, tani i powszechnie dostępny surowiec. Po drugiej stronie ogniwa znajduje się zwykłe powietrze, które dostarcza tlenu potrzebnego do reakcji chemicznej.

Między tymi elementami umieszczono warstwę ceramicznego elektrolitu, który przepuszcza jony sodu, oraz porowatą elektrodę umożliwiającą reakcję chemiczną między sodem a tlenem z powietrza. W efekcie powstaje energia elektryczna o znacznie wyższej gęstości niż w przypadku konwencjonalnych baterii.

Klucz do elektrycznego lotnictwa

Według profesora Yet-Ming Chianga z MIT, który kierował badaniami, próg 1000 watogodzin na kilogram to minimum potrzebne do praktycznego zastosowania napędu elektrycznego w lotnictwie. Obecne akumulatory litowo-jonowe osiągają maksymalnie 300 watogodzin na kilogram, co jest zdecydowanie niewystarczające.

Prototypy sodowych ogniw paliwowych osiągnęły ponad 1500 watogodzin na kilogram na poziomie pojedynczego "stosu", co przekłada się na ponad 1000 watogodzin w pełnym systemie. Taka gęstość energii umożliwiłaby rozwój regionalnego lotnictwa elektrycznego, które odpowiada za około 80% lotów krajowych i 30% emisji z lotnictwa.

Bezpieczeństwo i korzyści środowiskowe

Sodowe ogniwa paliwowe są inherentnie bezpieczniejsze od wielu innych technologii akumulatorowych. W przeciwieństwie do baterii, gdzie dwa reaktywne składniki znajdują się obok siebie, w ogniwach paliwowych jedna strona to zwykłe powietrze, co znacznie ogranicza ryzyko niekontrolowanej reakcji.

Dodatkowo, technologia ta oferuje nieoczekiwane korzyści ekologiczne. Produkty uboczne reakcji - najpierw tlenek sodu, potem wodorotlenek sodu - naturalnie wiążą dwutlenek węgla z atmosfery. Końcowym produktem jest węglan sodu, a następnie wodorowęglan sodu, czyli zwykła soda oczyszczona.

Gretchen Ertl

Praktyczne zastosowanie i przyszłość technologii

Zespół z MIT przewiduje system wymienialnych kartridży wypełnionych płynnym metalicznym sodem. Po wyczerpaniu paliwa kartridż zostałby wymieniony na nowy w stacji tankowania. Sód topi się już w temperaturze 98 stopni Celsjusza, co ułatwia proces napełniania.

Członkowie zespołu badawczego założyli już firmę Propel Aero, która rozwija tę technologię w inkubatorze startupów MIT. Pierwszym celem jest stworzenie ogniwa paliwowego wielkości cegły, dostarczającego około 1000 watogodzin energii - wystarczająco do zasilania dużego drona wykorzystywanego w rolnictwie.

Dostępność surowców

Metaliczny sód był już produkowany na dużą skalę w przeszłości - w czasach benzyny ołowiowej wykorzystywano go do produkcji dodatku przeciwstukowego w ilości 200 000 ton rocznie tylko w USA. To pokazuje, że produkcja i bezpieczna dystrybucja tego materiału w dużych ilościach jest możliwa.

Głównym źródłem sodu jest chlorek sodu - zwykła sól kuchenna, która jest szeroko dostępna i łatwa do pozyskania na całym świecie. To znacząca przewaga nad litem i innymi materiałami używanymi w obecnych akumulatorach elektrycznych.

Badania prowadzone przez MIT pokazują, że przyszłość napędu elektrycznego w transporcie ciężkim może leżeć nie w doskonaleniu baterii, ale w całkowicie nowym podejściu do magazynowania energii. Sodowe ogniwa paliwowe mogą być kluczem do elektryfikacji lotnictwa, żeglugi i transportu kolejowego.

Źródło: MIT