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[交流] 能量密度高三倍，有助航空电动化新型燃料电池原型装置获验证

能量密度高三倍，有助航空电动化
新型燃料电池原型装置获验证
2025-05-29 来源：中国科学报张梦然【字体：大中小】语音播报
美国麻省理工学院等机构提出了一种具有突破潜力的新技术方案，并通过实验验证了一种新型电池原型装置，其单位重量的能量密度可达当前电动汽车所用锂离子电池的三倍以上。该成果有望推动交通方式向电动化迈进。相关研究成果于27日发表在《焦耳》杂志上。

就电池的储电量而言，在给定重量下，其容量已接近物理极限。这一瓶颈问题对能源创新及飞机、火车和轮船等交通工具的动力系统电动化转型构成了严峻挑战。

此次的新电池是一种燃料电池。其通过补充燃料实现能量再生，而非依赖外部充电。该电池的燃料为液态金属钠，这是一种价格低廉且资源丰富的材料。电池的一侧通向空气，作为氧原子的来源。两者之间由一层固体陶瓷材料构成电解质，其允许钠离子自由通过；而面向空气的一侧设有多孔电极，有助于钠与氧气发生化学反应并释放电能。

这项技术具备革命性潜力，尤其对于航空业这样对重量极为敏感的领域而言，能量密度的大幅提升可能带来关键性突破，最终使电动飞行实现大规模实用化。

目前，现实中的电动航空所需的门槛大约是每公斤1000瓦时的能量密度。当前电动汽车使用的锂离子电池最高能量密度约为每公斤300瓦时，远未达到这一标准。即便未来能达到每公斤1000瓦时，也尚不足以支撑跨洲或跨洋飞行。

团队此次制作了两种不同版本的实验室规模系统原型。其中一种被称为H电池，另一个原型采用水平设计。在严格控制湿度的气流条件下测试显示，仅单个“电池堆”的能量密度就接近每公斤1700瓦时，整个系统的平均能量密度超过每公斤1000瓦时。若将该系统用于飞机，可以设计成类似自助餐厅餐盘架的形式，将多个钠燃料包插入燃料电池中。燃料包内的钠金属在发电过程中参与化学反应，产生的副产品则从飞机尾部排出，类似于喷气发动机的尾气。

团队初步计划是开发一种砖块大小的燃料电池模块，预计可提供约1000瓦时的电能，足以驱动一架大型农业无人机，从而验证该技术的实际可行性。研究人员希望能在明年内完成这一演示验证工作。

这是高能量密度储能技术的重大突破。它最大意义在于其广阔的应用前景，尤其在航空领域，传统锂电池因能量密度限制难以支撑电动飞行器长时间运行，而该燃料电池不仅大幅减轻了电池重量，还具备续航优势，为区域电动航空发展提供了可行路径。此外，该系统还能拓展至海运、铁路运输等领域，助力交通行业实现深度脱碳。未来若能在无人机等平台率先验证成功，将为大规模商业化应用奠定基础，并推动交通电动化迈向新阶段。

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