As baterias estão se aproximando de suas limitações em termos de quanta energia elas podem economizar para o peso dado. É uma barreira séria à inovação energética e procurar aeronaves, trens e navios de novas formas de eletricidade. Agora, os pesquisadores criaram uma solução que pode ajudar a elevar esses sistemas de transporte.
Em vez da bateria, o novo conceito é uma espécie de célula de combustível – que é semelhante à bateria, mas pode ser rejeitada rapidamente sem recarga. Nesse caso, o metal de sódio com fluido de combustível, um produto barato e amplamente disponível. O outro aspecto da sala é apenas o ar comum, que atua como fonte de átomos de oxigênio. Enquanto isso, uma camada de ingredientes de cerâmica sólida atua como eletrólitos, permitindo que os íons de sódio aumentem livremente e ajudem um sódio eletrônico perfurado perfurado a reagir quimicamente com oxigênio e produzir eletricidade.
Os pesquisadores provaram em vários testes com dispositivos de protótipo que essa célula pode transportar três vezes mais energia por unidade como uma bateria de íons de lítio usada em praticamente todos os veículos elétricos atualmente. Suas pesquisas estão sendo publicadas na revista hoje JoltA estudante de doutorado do MIT, Karen Sugano, Sunil Myer e Sahir Ganti-Agrawal, a pesquisa; Professor de Ciências Materiais e Departamento de Engenharia ainda está Ming Chiang; E mais cinco.
“Esperamos que as pessoas pensem que é uma idéia completamente insana”, disse o professor Chiang, o professor de cerâmica de cerâmica, Chiang. “Se eles não fizerem isso, ficarei um pouco decepcionado, porque se as pessoas não acham que algo é completamente louco a princípio, pode não ser tão revolucionário”.
E essa tecnologia parece ser bastante revolucionária, ele aconselha. Especificamente, para a aeronave, onde o peso é especialmente importante, essa melhoria nacional pode ser um avanço em termos de densidade de energia, o que eventualmente torna o vôo elétrico prático em uma escala significativa.
“A marginalização de que você precisa para aeronaves elétricas realistas”, disse Chiang cerca de mil watts por kg “, diz Chiang. As baterias de íon de lítio de veículo elétrico de hoje estão no topo de cerca de 300 watts por kg no topo da parte superior, não é o suficiente.
Ainda está fora de qualquer química conhecida da bateria, mas Chiang diz que 1000 watts por kg pode ser uma tecnologia capaz para aeronaves elétricas regionais, que representa cerca de 80 % das aeronaves domésticas e 30 % das emissões.
A tecnologia também pode poder ser capaz de marítima e outros setores, incluindo transporte ferroviário. “Todos eles precisam de uma densidade de energia muito alta e todos precisam de um gasto curto”, disse ele. “E foi isso que nosso sódio atraiu para metal”.
Nas últimas três décadas, houve muitas pesquisas sobre o desenvolvimento da bateria de lítio-ar ou de sódio-ar, mas foi difícil torná-las completamente recarregáveis. Chiang disse: “As pessoas estavam cientes da densidade energética que poderia obter a bateria de metal por muito tempo e era muito atraente, mas nunca poderia ser realizada”, disse Chiang.
Usando o mesmo conceito eletroquímico básico, ele simplesmente criou célula de combustível em vez de baterias, os pesquisadores conseguiram obter os benefícios da alta densidade de energia em tamanho prático. Ao contrário de uma bateria, cujos materiais são montados e selados em um recipiente, a energia transporta materiais com células de combustível se move para dentro e por fora.
A equipe criou duas versões separadas de um protótipo em escala de laboratório do sistema. Em um, conhecido como célula H, dois tubos de vidro vertical são conectados por um tubo no meio, contém um material de eletrólito de cerâmica sólido e um eletrodo de ar perfurado. O fluido de sódio enche o tubo de um lado e o ar flui do outro, fornecendo oxigênio para a reação química eletrônica no centro, que gradualmente consome combustível de sódio. O outro protótipo usa um projeto horizontal, com uma bandeja de ingredientes eletrolíticos contendo combustível de sódio fluido. O eletrodo de ar perfurado, que facilita a resposta, é conectado ao fundo do trato.
Os testes usando um fluxo de ar com nível de umidade cuidadosamente controlado produzem uma camada de cerca de 1.700 watts por kg em um nível separado de “pilha” que traduzirá todo o sistema para 1000 watts no nível, Chiang.
Os pesquisadores imaginaram que esse sistema é usado em uma aeronave, em uma cafeteria, empilhar pacotes de combustível como o rack de bandejas de alimentos serão selecionados em células de combustível; O metal de sódio dentro desses pacotes é quimicamente convertido porque fornece energia. Seus produtos químicos recebem um fluxo e, no caso da aeronave, ele será emitido nas costas, não contra o motor a jato.
Mas há uma diferença muito grande: nenhum dióxido de carbono será emissão. Em vez de emissões compatíveis de óxido de sódio, realmente absorvem o dióxido de carbono da atmosfera. Esse composto combinará mais rapidamente com a umidade no ar para produzir hidróxido de sódio – um material comumente usado como limpador de drenagem – que é facilmente combinado com dióxido de carbono, forma carbonato de sódio, o que resulta em bicarbonato de sódio, também conhecido como refrigerante.
“As reações têm essa cascata natural que acontece quando você começa com metal de sódio”, disse Chiang. “” É tudo espontâneo. Não precisamos fazer nada para fazer isso, apenas temos que pilotar o avião. “
Como uma vantagem adicional, se o produto final, o bicarbonato de sódio termina no mar, pode ajudar a desacidificar a água, lutando contra um dos efeitos nocivos dos gases de efeito estufa.
A captura de dióxido de carbono foi sugerida como uma maneira de reduzir as emissões de carbono usando hidróxido de sódio, mas por si só, não é uma solução econômica porque o composto é muito caro. Chiang explica: “Mas aqui está um subproduto”, por isso produz principalmente benefícios ambientais gratuitamente, sem custo.
É importante ressaltar que novas células de combustível são inerentemente seguras do que muitas outras baterias, diz ele. O metal de sódio é extremamente responsivo e deve ser protegido. Como as baterias de lítio, o sódio pode queimar espontaneamente se estiver em contato com a umidade. “Sempre que você tem uma bateria de densidade de energia muito alta, a proteção é sempre ansiedade, porque se os dois reatores tiverem uma rachadura na membrana, você poderá ter reação para escapar”, disse Chiang. তবে এই জ্বালানী কোষে একপাশে কেবল বায়ু, “যা পাতলা এবং সীমাবদ্ধ So সুতরাং আপনার একে অপরের ঠিক পাশেই দুটি ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ‘ ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ‘ ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন ঘন Lol
Embora o dispositivo exista apenas como um protótipo pequeno e único de célula até agora, Chiang diz que o sistema deve ser bastante direto para fazer o tamanho prático para a comercialização. Os membros da equipe de pesquisa já criaram um profeta aero para desenvolver a tecnologia. A empresa está atualmente colocada na incubadora de startups do MIT, Engine.
Essa tecnologia deve ser prática para produzir metal de sódio adequado para permitir a implementação global larga e em grande escala, uma vez que o material foi produzido anteriormente em tamanho grande. Quando a gasolina do LED era ideal, foi usada para usar o chumbo de tetritile de metal de sódio como aditivo e foi criado nos Estados Unidos 200.000 toneladas por ano. “Isso nos lembra que o metal de sódio já foi produzido em larga escala e foi operado com segurança e distribuído nos Estados Unidos”, disse Chiang.
Mais chave, o sódio é inicialmente derivado de cloreto de sódio ou sal, por isso é abundante, amplamente distribuído em todo o mundo e é facilmente levantado, em frente ao lítio e outros materiais usados nas baterias EV de hoje.
O sistema que eles imaginaram usará um cartucho refinerial, que será preenchido com metal líquido de sódio e selado. Quando diminuir, retornará a uma estação de refino e carregará com fresco sódio. A água de sódio derrete a 98 graus Celsius logo abaixo do ponto de ebulição da água, para que os cartuchos sejam fáceis de aquecer o ponto de fusão do combustível.
Inicialmente, o plano é produzir uma célula de combustível em forma de tijolo que possa fornecer cerca de mil watts de energia, suficiente para fortalecer um drone grande, de modo que a idéia é provar a idéia na forma que pode ser usada para a agricultura. O partido espera que esse protesto nacional esteja pronto no ano seguinte.
Sugano, que conduziu a maior parte do trabalho experimental como parte de sua tese de doutorado e agora trabalhava na startup, disse que a umidade era importante no processo de insight principal. Ao testar o dispositivo com oxigênio puro e depois o ar, ele descobriu que a quantidade de umidade no ar era importante para tornar a reação química eletrônica eficiente. Como resultado do ar úmido, o sódio produz seus produtos de descarga em líquido em vez de forma sólida, facilitando a remoção do fluxo de ar através do sistema. “A raiz é que podemos formar esse produto de descarga líquida e removê -lo facilmente, ao contrário da descarga dura criada na situação seca”, diz ele.
Ganti-OrGrowal Note que a equipe começou com vários subcampos de engenharia. Por exemplo, houve muita pesquisa sobre sódio de alta temperatura, mas não há sistema com umidade controlada. “Estamos retirando a pesquisa de células de combustível em nosso design de eletrodos, estamos puxando uma pesquisa de bateria de sódio-ar de sódio, além da antiga pesquisa de bateria de alto nível e é como dificuldade, a equipe ganhou o grande aumento no desempenho”, diz ele.
O esquadrão de pesquisa também incluiu o estagiário do MIT Alden Friesen, que estudava na Sobttsdale, na Scottsdale, Arizona; Kailash Raman e William Woodford formam energia em Massachusetts Somarville; Shashank Shripad, na Califórnia, e Venkatasubrahmanian Viswanathan, da Battery Airo e da Universidade de Michigan. O trabalho foi apoiado pelo Arpa-E, Breakthrough Energy Ventures e pela National Science Foundation e pelas instalações foram usadas no MIT.No.
