來源：EurekAlert!

作者：麻省理工學院

液態鈉“喝空氣”：MIT超高能量密度燃料電池或點燃電動航空

鋰離子電池的能量密度天花板，正困住長途電動飛機、重型卡車與遠洋貨輪的電氣化之夢。而麻省理工學院（MIT）團隊最新發表在

Joule

為什么是“鈉+空氣”？——把金屬燃料和氧氣分家

鈉金屬作燃料：便宜、儲量豐富（食鹽即可提取），不用稀缺鋰或鈷。

空氣當氧化劑：飛行途中無需攜帶沉重氧源，重量優勢巨大。

固體陶瓷電解質：只允許Na?通過，隔絕可燃金屬與氧氣，提高安全性。

與傳統電池“一次組裝、封死”不同，燃料電池的能量載體可加油式快速更換：耗盡后的液態鈉盒抽出，添滿熔點98°C的鈉液后再上機，比充電更接近航空地勤流程。

“千瓦時每公斤”——電動飛機的生死線

現有鋰電池約為300 Wh/kg，區域航班技術門檻約為1000 Wh/kg，MIT原型堆疊測試約為1700 Wh/kg（系統級>1000 Wh/kg）。“如果一開始沒人說這主意瘋狂的話，那說明它不夠顛覆。”京瓷陶瓷教授Yet-Ming Chiang直言，突破能量密度才有可能讓80%的內陸航線零排電動化。

一邊飛一邊“吸碳”——副產物反倒幫環境

反應產物氧化鈉遇濕氣生成氫氧化鈉，繼而自發吸收CO?變成碳酸氫鈉（小蘇打）。若排放至海洋，還可能緩解酸化——用“廢氣”做負排放。

兩款實驗裝置：H-cell與水平托盤式

團隊制備了垂直“H形”玻璃管與水平托盤兩種實驗裝置，通過精控空氣濕度，使放電產物保持液態，易于隨氣流被帶走，避免堵塞電極，這被視為性能躍升的關鍵。

安全與規?；罕雀吣茕囯姵馗踩?/strong>

在這個燃料電池中，一側只是稀薄空氣而非高濃度氧化劑，降低了熱失控的風險。另外，美國曾為含鉛汽油年產20萬噸鈉金屬，證明其大規模生產與物流的可行性。

從無人機到支線客機：商業化路線圖

新創公司Propel Aero已在麻省理工學院的創業孵化器The Engine成立，最初，他們計劃一年內推出“磚頭大小”的燃料電池，可以提供1 kWh的能量（足以驅動大型無人機），通過實際應用驗證這一概念，例如農業領域。下一步即是可更換“餐盤式”鈉盒，為支線客機、貨船和鐵路機車提供零碳動力。

仍需攻關的難題

目前，該研究還面臨一系列有待解決的難題，包括長循環壽命、液態鈉腐蝕、電解質抗裂，另外還需要進行數千小時的穩定性驗證，快速換料、機場地勤安全加注、加熱保溫、設計可封閉鈉盒、標準化接口。陶瓷電解質與耐高溫封裝的成本，擴大產能后有望低于鋰電同級。

小結

從“電池”到“燃料電池”的思路逆轉，讓廉價鈉金屬與大氣氧氣在陶瓷膜兩端相逢，迸發出堪比航空燃油的能量密度，還順帶把CO?變成“小蘇打”。如果實驗室數據能在無人機和支線飛機中重現，液態鈉-空氣燃料電池或將把電動航空從夢想拉回跑道，并為重載交通開辟一條“零排放、負碳化”的新航線。