سلول سوختی سدیمی MIT؛ انقلابی در حمل‌ونقل پاک، با قدرت بیشتر و کربن کمتر

به گزارش سیلاد و به نقل از سای‌تک‌دیلی، گفته می‌شود این نوآوری نه‌تنها سه برابر بیشتر از باتری‌های فعلی انرژی ذخیره می‌کند، بلکه هنگام تولید برق، دی‌اکسید کربن آزاد نمی‌کند — بلکه آن را از هوا جذب می‌کند!
 
نکته مهم این است که باتری‌های رایج به سقف توانایی خود در ذخیرهٔ انرژی نسبت به وزن رسیده‌اند؛ این یعنی چالشی بزرگ برای هواپیماها، قطارها و کشتی‌های الکتریکی آینده. اما گروهی از پژوهشگران MIT راهی نو پیش روی این بحران گذاشته‌اند — و آن‌طور که پیداست، این راه‌حل می‌تواند صنعت حمل‌ونقل را متحول کند.
 
برخلاف باتری‌های معمول، این نوآوری یک «سلول سوختی» است؛ یعنی به‌جای ذخیرهٔ انرژی درون خود، از واکنش شیمیایی میان سدیم مایع و هوای معمولی برای تولید برق بهره می‌برد.

عنصر کلیدی در این سیستم، فلز سدیم ارزان‌قیمت و فراوان است که از یک سمت و اکسیژن موجود در هوا از سمت دیگر وارد واکنش می‌شوند. میان این دو، یک لایهٔ سرامیکی یونی، یون‌های سدیم را عبور می‌دهد و الکترود هوایی واکنش تولید برق را آغاز می‌کند.
 
سه برابر انرژی بیشتر از باتری‌های لیتیومی
 نتایج آزمایش‌های اولیه خیره‌کننده بود: سلول سوختی سدیم–هوا بیش از سه برابر باتری‌های لیتیوم–یون کنونی خودروهای برقی، انرژی در هر کیلوگرم ذخیره می‌کند.

مقالهٔ این یافته‌ها، ۲۷ مه در نشریه Joule منتشر شد و نویسندگان آن از جمله کارن سوگانو، سونیل مایر، ساحر گنتی‌آگراوال و پروفسور یت‌مینگ چیانگ هستند.
 
آیا پرواز برقی ممکن می‌شود؟
 پروفسور چیانگ با لحنی شوخ‌طبع می‌گوید: «انتظار دارم مردم فکر کنند این ایده کاملاً دیوانه‌وار است — اگر این‌طور نباشد، احتمالاً انقلابی هم نخواهد بود!» و ادامه می‌دهد: «در حوزهٔ هوافضا، جایی که وزن حرف اول را می‌زند، اگر واقعاً به انرژی ویژهٔ ۱۰۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم برسیم، می‌توانیم پروازهای منطقه‌ای را با توان الکتریکی انجام دهیم.»
 
در حالی که باتری‌های لیتیومی امروزی تنها حدود ۳۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم انرژی دارند، این فناوری جدید می‌تواند حداقل برای ۸۰ درصد پروازهای داخلی و ۳۰ درصد از کل آلایندگی‌های صنعت هوانوردی راهگشا باشد.

چیانگ تأکید می‌کند: «با رسیدن به آستانهٔ ۱۰۰۰ وات‌ساعت، می‌توانیم به حمل‌ونقل هوایی الکتریکی واقع‌گرایانه نزدیک شویم.»
 
باتری نیست، ولی از آن بهتر است
 در حالی‌که پژوهش‌های زیادی طی دهه‌های اخیر روی باتری‌های فلز–هوا انجام شده، چالش اصلی همیشه در قابل شارژ بودن آن‌ها بوده است. اما سلول سوختی سدیمی MIT این مشکل را دور زده است: مواد واکنشی وارد سلول می‌شوند، واکنش می‌دهند، و سپس به‌راحتی جایگزین می‌شوند.
 
در یکی از نمونه‌های آزمایشی این سیستم (موسوم به «سلول H»)، دو لولهٔ شیشه‌ای عمودی از طریق لایهٔ سرامیکی مرکزی و یک الکترود متخلخل به هم متصل شده‌اند. سدیم از یک سمت و هوا از سمت دیگر وارد می‌شود.

در طراحی دیگر، سدیم مایع درون یک سینی افقی قرار دارد که واکنش با اکسیژن را در الکترود کف انجام می‌دهد. نتیجه؟ بیش از ۱۵۰۰ وات‌ساعت انرژی در هر کیلوگرم در سطح «پشته»، و بیش از ۱۰۰۰ وات‌ساعت در سیستم کامل.
 
بدون آلایندگی؛ همراه با جذب دی‌اکسید کربن
 جذاب‌ترین بخش ماجرا شاید این باشد که این فناوری نه‌تنها کربن تولید نمی‌کند، بلکه آن را از هوا جذب می‌کند. چیانگ توضیح می‌دهد: «محصول جانبی واکنش، اکسید سدیم است که با رطوبت موجود در هوا ترکیب می‌شود و سود سوزآور می‌سازد. این ماده هم با دی‌اکسید کربن واکنش می‌دهد و بی‌کربنات سدیم تولید می‌کند — همان جوش‌شیرین خانگی.»
 
در پایان باید گفت اگر این ماده وارد اقیانوس شود، می‌تواند به کاهش اسیدی شدن آب کمک کند و اثرات گرمایش جهانی را کم‌رنگ کند. مهم‌تر این‌که، برخلاف بسیاری از روش‌های جذب کربن که پرهزینه‌اند، این‌بار سود زیست‌محیطی به‌صورت رایگان به‌دست می‌آید — چون محصول جانبی طبیعی این سیستم است.