飞机也能电动化? 华裔科学家发明「钠空气电池」

内容摘要在环保意识高涨,碳排已成国际共识的现在,动力系统电气化,成为主要的改革方向。 虽然以锂离子电池为基础的电动车已经不罕见,但是它不适合用在飞机、火车和船舶上。 如今,著名的麻州理工学院(MIT)的研究人员,发明了一种新配方的电池,有望帮助这些

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在环保意识高涨,碳排已成国际共识的现在,动力系统电气化,成为主要的改革方向。 虽然以锂离子电池为基础的电动车已经不罕见,但是它不适合用在飞机、火车和船舶上。 如今,著名的麻州理工学院(MIT)的研究人员,发明了一种新配方的电池,有望帮助这些交通系统实现电气化。

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这是一种燃料化电池,但是又与现行主流的氢燃料电池不同,它其实是一种空气电池,由于负极是液态金属钠,就与燃料颇类似,才如此形容。 钠就是它最大的优势,因为它很容易取得,电解食盐(氯化钠)就可以,简直取之不尽用之不竭。

研究人员利用原型装置进行实验,证明这种钠空气电池单位重量的能量密度,是现行锂离子电池的三倍以上,证明了它的发展潜力。

研究项目主持人是MIT材料科学与工程系教授蒋业明博士(Yet-Ming Chiang),他出生于中国台湾,1964年随父母移民美国,1980年获得麻省理工学院学士学位,2009年获得美国国家工程院贡献奖。 除了蒋博士以,论文作者还有博士生菅野可怜 (英文:Karen Sugano),与苏尼尔·梅尔 (Sunil Mair) 和萨希尔·甘蒂-阿格拉瓦尔 (Saahir Ganti-Agrawal)。

它的原理这样的:电池由两个作用室组成,一边是液态金属钠(可以视做「燃料」),另一边充满湿润的空气,做为正极。 两者之间由固体陶瓷电解质材料连接。

简单来说,钠离子从一个作用室穿过电解质,进入另一室。 钠离子与空气接触后,会与气体中的氧气产生化学反应,产生电能。 在作用的过程确实会产生副产品氧化钠(如同废料),原本是固体晶体,但是在过程中它会吸收水气成为液态状,如此便于直接排出。 研究人员表示,氧化钠基本上不算污染物,它会环境中会自动吸附大气中多余的二氧化碳,反而有一定程度的环保效果。

在吸附二氧化碳后,氧化钠就会形成碳酸氢钠,也就是俗称的小苏打。 蒋博士团队表示,小苏打无毒无害,如果它落入海洋,还有降低海水的酸度的正向效果,也能逆转温室气体带来的破坏。 也就是说,这种钠空气电池的废料,不但不会造成环境负担,反而会改善环境,岂不美哉?

但如何将它应用在飞机呢? 研究团队认为,可以将多个钠空气燃料电池接在一起,使其满足区域客运航班的续航力。 它需要充电吗? 研究团队的想法是,直接更换装满液态钠金属的新电池盒,就像换燃料一样,即可快速为电池「补充能量」。 这一做法与现在的电动摩托车的换电池类似,但是情况更简单,因为现行的电池在耗电完后,电池就剩呆重,而钠空气燃料电池的电力,是随着钠的化学作用而愈来愈少,所以最后电池盒轻很多的是空盒子,也就不会因呆重而影响性能。

虽然我们近期可能不会看到客机使用这项技术,因为它还有很多需要改进之处。 但研究团希望在一年内,一个「砖块大小、功率1000瓦时」的钠空气燃料电池,能够先在无人机上示范使用。

至于钠金属的安全问题,钠很容易自燃,遇水更会引发爆炸,但是现在的锂离电池也有燃烧与爆炸的风险,但人们仍然也是接受了,所以只要提升包装的安全性,应该也可以被接受。

蒋博士说:「我认为,人们会觉得用钠当成电池燃料,这是一个完全疯狂的想法。 甚至我觉得,如果没人感到疯狂,我会有点失望。 因为如果人们一开始不觉得某件事完全疯狂,那么它很可能就不会那么具有革命性。」

 
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