Nova goriva ćelija za električno zrakoplovstvo

Baterije se približavaju svojim granicama u pogledu količine energije koju mogu pohraniti za određenu težinu. To je ozbiljna prepreka energetskim inovacijama u potrazi za novim načinima napajanja zrakoplova, vlakova i brodova. Sada su istraživači na američkom tehnološkom institutu iz Massachusettsa MIT-u osmislili rješenje koje bi moglo pomoći u elektrifikaciji ovih transportnih sustava.

Umjesto baterije, novi koncept je vrsta gorive ćelije koja je slična bateriji, ali se može brzo napuniti. U ovom slučaju, gorivo je tekući natrijev metal, jeftina i široko dostupan resurs. Druga strana ćelije je običan zrak, koji služi kao izvor atoma kisika. Između njih, sloj čvrstog keramičkog materijala služi kao elektrolit, omogućujući natrijevim ionima da slobodno prolaze, a porozna elektroda okrenuta prema zraku pomaže natriju da kemijski reagira s kisikom i proizvodi električnu energiju.

U nizu eksperimenata s prototipom uređaja, istraživači su pokazali da ova ćelija može nositi više od tri puta više energije po jedinici težine od litij-ionskih baterija koje se danas koriste u gotovo svim električnim vozilima. Njihovi nalazi su objavljeni u časopisu Joule, u radu doktoranada MIT-a Karen Sugano, Sunila Maira i Saahira Ganti-Agrawala te profesora znanosti o materijalima i inženjerstva Yet-Ming Chianga i petero drugih autora studije.

Čini se da ova tehnologija doista ima potencijal postati prilično revolucionarna, posebno za zrakoplovstvo, gdje je težina posebno važna, a takvo poboljšanje gustoće energije moglo bi biti iskorak koji bi konačno učinio letenje na električni pogon praktičnim u značajnim razmjerima.

Korištenjem osnovnog elektrokemijskog koncepta, koji su pretvorili u gorivu ćeliju umjesto baterije, istraživači su uspjeli iskoristiti prednosti visoke gustoće energije u praktičnom obliku. Za razliku od baterije, čiji se materijali sastavljaju jednom i zatvaraju u spremnik, kod gorive ćelije materijali koji nose energiju ulaze i izlaze.

Tim je proizveo dvije različite verzije prototipa sustava u laboratorijskim razmjerima. U jednoj, nazvanoj H ćelija, dvije vertikalne staklene cijevi povezane su cijevi preko sredine koja sadrži čvrsti keramički elektrolit i poroznu zračnu elektrodu. Tekući natrij ispunjava cijev s jedne strane, a zrak struji kroz drugu, osiguravajući kisik za elektrokemijsku reakciju u središtu, koja na kraju postupno troši natrijevo gorivo. Drugi prototip koristi horizontalni dizajn, s podloškom elektrolita koji sadrži tekuće natrijevo gorivo. Porozna zračna elektroda, koja olakšava reakciju, pričvršćena je na dno podloška.

Testovi s pažljivo kontroliranom razinom vlažnosti proizveli su razinu veću od 1500 vat-sati po kilogramu.

Još jedna prednost ovakvog pogona je u tome što ne bi bilo emisija ugljičnog dioksida. Umjesto toga, emisije, koje se sastoje od natrijevog oksida, zapravo bi apsorbirale ugljični dioksid iz atmosfere. Ovaj spoj bi se brzo kombinirao s vlagom u zraku i stvorio natrijev hidroksid, materijal koji se obično koristi kao sredstvo za čišćenje odvoda, koji se lako kombinira s ugljičnim dioksidom i tvori kruti materijal, natrijev karbonat, koji pak tvori natrijev bikarbonat, inače poznat kao soda bikarbona.

Kao dodatna prednost, ako konačni proizvod, natrijev bikarbonat, završi u oceanu, to bi moglo pomoći u otklanjanju kiseline iz vode, suzbijajući još jedan štetni učinak stakleničkih plinova.

Iako uređaj zasad postoji samo kao mali prototip s jednom ćelijom, Chiang kaže da bi sustav trebao biti prilično jednostavan za skaliranje do praktičnih veličina za komercijalizaciju. Članovi istraživačkog tima već su osnovali tvrtku Propel Aero za razvoj tehnologije koja se nalazi u MIT-ovom startup inkubatoru The Engine.