主要观点总结
麻省理工学院的研究团队开发出了一种革命性的钠-空气燃料电池，有望为航空、铁路和海运领域提供动力。这种电池使用液态钠金属和空气作为反应物，具有能量密度高、供能持续、成本低廉、安全性能高等优点。该技术的实施有望使电动飞机、轮船和火车成为现实，并有助于减少碳排放。
关键观点总结
关键观点1: 钠-空气燃料电池的开发
蒋业明教授领导的研究团队开发出了一种新型的钠-空气燃料电池，其能源来自于液态钠金属和空气的化学反应，产生了电能。
关键观点2: 高能量密度
与传统锂电池相比，钠-空气燃料电池具有更高的能量密度，是电动汽车锂离子电池的三倍，这可能使电动飞机成为现实。
关键观点3: 成本与可持续性
钠是一种广泛可得且成本低廉的材料，因此该电池具有成本效益。此外，其产生的排放物可以帮助降低海水酸度并捕获二氧化碳，具有环境效益。
关键观点4: 安全性
该电池设计通过精心隔离燃料和空气，降低了失控反应的风险，使得其相比其他高能量密度的电池更为安全。
关键观点5: 未来发展
该技术的实施仍处于研发阶段，但具有巨大的潜力。研究团队计划通过制造小型燃料电池来演示其技术，并希望在未来的十年内实现电动航空的广泛应用。
正文
该系统利用液态钠和周围空气，所提供的能量密度是目前电动汽车锂离子电池的三倍——这有可能使电动飞机成为现实。蒋业明指出，这项技术具有极大的变革潜力。在航空领域，重量问题尤为关键，这种能量密度的提升或许能带来突破性进展，最终使电动飞行在大规模应用方面成为可能。
他表示：“要实现真正可行的电动飞行，所需的能量阈值大约为1000瓦时/千克。”目前电动汽车的动力电池最高能量密度约为300瓦时/千克，远远达不到所需的水平。即便达到1000瓦时/千克，也无法满足飞机跨大陆或跨大洋飞行的需求。
蒋业明称，这种燃料电池所实现的能量密度与氢燃料电池在航空推进方面的潜力类似，虽然能比锂离子电池实现更长的飞行距离，但被认为仅适用于区域航空，不适用于洲际飞行。这类航程范围的飞行“约占国内航班的80%，以及航空业排放量的30%。”
这项技术还可能为海运和铁路运输等其他领域提供动力。“它们都需要极高的能量密度，而且都需要低成本。”他说道。“这就是我们选择钠-空气燃料电池的原因。”
在过去30年里，人们投入了大量的精力来研发锂-空气电池或钠-空气电池，但要使它们实现完全可充电一直是个难题。“人们早就知道金属空气电池所能达到的能量密度，而且这一特性极具吸引力，但一直未能在实际应用中得以实现，”蒋业明说道。
MIT钠燃料电池研发团队主要成员。从左到右：萨伊赫·甘蒂-阿格拉瓦尔、凯伦·苏加诺、苏尼尔·迈尔、蒋业明 来源：Gretchen Ertl
该团队制作了该系统实验室规模原型的两种不同版本。其中一种被称为“H型”，采用了垂直的玻璃管结构，内部设有中央的固体陶瓷电解质以及多孔的空气电极，两侧分别设有用于容纳液态钠和空气的独立管道，为中央管道中的电化学反应提供氧气。随着钠燃料的逐渐消耗，反应不断发生。
一个被称为“流体电池（flow cell）”的实验室规模原型 图片来源：Gretchen Ertl
在第二种原型设计方案中，有助于反应进行的多孔空气电极固定在托盘底部，反应室呈水平状，有一个装有电解质材料的托盘来存放液态钠燃料，并将其置于陶瓷电解质和空气电极之上。测试表明，在湿度可控条件下，该系统每千克的发电量可达1700瓦时——远远超过了目标的1000瓦时标准。
由于钠在约98摄氏度时会变成液体，所以这些装置在110摄氏度至130摄氏度的中等温度下运行，这种温度对于在飞机或船上使用来说是可行的。氢燃料电池虽然能够实现较高的能量密度，但这需要将氢以高压形式储存，并且通常需要在极低的温度下进行储存。
一小瓶液态钠金属 来源：Gretchen Ertl
