新型燃料電池原型裝置獲驗證

科技日報北京5月28日電 （記者張夢然）美國麻省理工學院等機構提出了一種具有突破潛力的新技術方案，並通過實驗驗證了一種新型電池原型裝置，其單位重量的能量密度可達當前電動汽車所用鋰離子電池的三倍以上。該成果有望推動交通方式向電動化邁進。相關研究成果於27日發表在《焦耳》雜誌上。

就電池的儲電量而言，在給定重量下，其容量已接近物理極限。這一瓶頸問題對能源創新及飛機、火車和輪船等交通工具的動力系統電動化轉型構成了嚴峻挑戰。

此次的新電池是一種燃料電池。其通過補充燃料實現能量再生，而非依賴外部充電。該電池的燃料為液態金屬鈉，這是一種價格低廉且資源豐富的材料。電池的一側通向空氣，作為氧原子的來源。兩者之間由一層固體陶瓷材料構成電解質，其允許鈉離子自由通過；而面向空氣的一側設有多孔電極，有助於鈉與氧氣發生化學反應並釋放電能。

這項技術具備革命性潛力，尤其對於航空業這樣對重量極為敏感的領域而言，能量密度的大幅提升可能帶來關鍵性突破，最終使電動飛行實現大規模實用化。

目前，現實中的電動航空所需的門檻大約是每公斤1000瓦時的能量密度。當前電動汽車使用的鋰離子電池最高能量密度約為每公斤300瓦時，遠未達到這一標準。即便未來能達到每公斤1000瓦時，也尚不足以支撐跨洲或跨洋飛行。

團隊此次製作了兩種不同版本的實驗室規模系統原型。其中一種被稱為H電池，另一個原型採用水平設計。在嚴格控制濕度的氣流條件下測試顯示，僅單個“電池堆”的能量密度就接近每公斤1700瓦時，整個系統的平均能量密度超過每公斤1000瓦時。若將該系統用於飛機，可以設計成類似自助餐廳餐盤架的形式，將多個鈉燃料包插入燃料電池中。燃料包內的鈉金屬在發電過程中參與化學反應，產生的副產品則從飛機尾部排出，類似於噴氣發動機的尾氣。

團隊初步計劃是開發一種磚塊大小的燃料電池模塊，預計可提供約1000瓦時的電能，足以驅動一架大型農業無人機，從而驗證該技術的實際可行性。研究人員希望能在明年內完成這一演示驗證工作。

這是高能量密度儲能技術的重大突破。它最大意義在於其廣闊的應用前景，尤其在航空領域，傳統鋰電池因能量密度限制難以支撐電動飛行器長時間運行，而該燃料電池不僅大幅減輕了電池重量，還具備續航優勢，為區域電動航空發展提供了可行路徑。此外，該系統還能拓展至海運、鐵路運輸等領域，助力交通行業實現深度脱碳。未來若能在無人機等平台率先驗證成功，將為大規模商業化應用奠定基礎，並推動交通電動化邁向新階段。