ارسال دیدگاه
امروز: دوشنبه , ۹ تیر , ۱۴۰۴
X
پژوهشگران MIT سلول سوختی جدیدی با انرژی بیشتر از باتری‌های لیتیومی معرفی کرده‌اند که از سدیم مایع استفاده می‌کند.
به گزارش تکراتو و به نقل از geeky-gadgets، اگر آینده صنعت هوانوردی به‌جای باتری‌های سنگین لیتیومی یا سامانه‌های پیچیده هیدروژنی، بر پایه سوختی ساده و فراوان مانند سدیم بنا شود، چه می‌شود؟ در دانشگاه MIT، پژوهشگران با ساخت نوعی سلول سوختی مبتنی بر سدیم در حال نزدیک کردن این تصور به واقعیت هستند.
این سلول‌ها قادر به تولید چگالی انرژی‌ای تا پنج برابر بیشتر از باتری‌های لیتیومی هستند و می‌توانند استانداردهای تازه‌ای برای هواپیماهای برقی تعریف کنند.
سلول سوختی مبتنی بر سدیم چیست؟
با استفاده از این فناوری، پروازهای طولانی برقی نه‌تنها امکان‌پذیر بلکه بهینه‌تر می‌شوند و در عین حال به کاهش آلودگی محیطی کمک می‌کنند. البته مثل هر فناوری نوظهور دیگری، چالش‌هایی مانند چگالی توان پایین و دشواری در گسترش تولید انبوه، مسیر را پیچیده‌تر کرده و نیاز به راه‌حل‌های خلاقانه دارد.
در این گزارش، زایروث به بررسی نحوه عملکرد این سامانه سوختی جدید، مزایای آن برای هوانوردی و چالش‌هایی که پیش رو دارد می‌پردازد. از توانایی جذب دی‌اکسیدکربن گرفته تا ویژگی کاهش وزن پویا، این سلول سوختی تصویری از آینده‌ای پاک‌تر و بهینه‌تر در سفرهای هوایی را ترسیم می‌کند.
اما هنوز پرسش‌هایی درباره تأثیرات زیست‌محیطی و مدیریت گرما وجود دارد. آیا این فناوری می‌تواند واقعاً آینده پرواز را دگرگون کند یا محدودیت‌هایش مانع پرواز آن خواهد شد؟
اهمیت چگالی انرژی در هوانوردی
چگالی انرژی یکی از عوامل کلیدی در کارایی هواپیماهای برقی است. سلول سوختی سدیمی چگالی انرژی‌ای در حدود ۱۰۰۰ تا ۱۴۰۰ وات‌ساعت به ازای هر کیلوگرم دارد که بسیار بالاتر از محدوده ۲۰۰ تا ۳۰۰ وات‌ساعت در باتری‌های لیتیومی رایج است. این افزایش ۴ تا ۵ برابری می‌تواند پروازهای برقی طولانی‌تری را ممکن کند که از نیازهای اصلی صنعت هوانوردی است.
هرچند افزایش میزان سدیم در سوخت می‌تواند چگالی انرژی را بیشتر کند، اما به‌طور هم‌زمان باعث کاهش چگالی توان می‌شود. رسیدن به توازن میان میزان ذخیره انرژی و خروجی توان، یک چالش مهندسی مهم است که برای تجاری‌سازی این فناوری باید حل شود. طراحی‌های خلاقانه و استفاده از مواد پیشرفته می‌تواند به رسیدن به این هدف کمک کند.
نحوه عملکرد سلول سوختی سدیمی
ساختار این سلول بر پایه طراحی ساده اما نوآورانه‌ای شکل گرفته و از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
سدیم مایع به‌عنوان سوخت که تا حدود ۱۰۰ درجه سلسیوس گرم می‌شود و نقش اصلی را در تأمین انرژی دارد.
الکترولیت جامد پایه آلومینا (BASE) که یون‌های سدیم را عبور می‌دهد و با تولید جریان الکتریکی، قلب سیستم به شمار می‌رود.
الکترود کاتد متخلخل از جنس فوم نیکل که واکنش‌های الکتروشیمیایی را برای تولید برق تسهیل می‌کند.
در زمان فعالیت، یون‌های سدیم از الکترولیت جامد عبور کرده و با مصرف سدیم، برق تولید می‌شود. این روش نیاز به مخازن پر فشار هیدروژن را حذف کرده و جایگزینی سبک‌تر و کارآمدتر برای سلول‌های سوختی سنتی فراهم می‌آورد. همچنین طراحی ساده آن باعث کاهش هزینه ساخت و افزایش امکان تولید در مقیاس بالا می‌شود.
تأثیرات زیست‌محیطی و پایداری
یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های این فناوری، مزایای زیست‌محیطی آن است. در پایان واکنش‌ها، آب و سدیم هیدروکسید تولید می‌شود. سدیم هیدروکسید با دی‌اکسیدکربن موجود در هوا واکنش داده و سدیم بی‌کربنات یا همان جوش‌شیرین تولید می‌کند. این واکنش از دو جهت اهمیت دارد:
جذب کربن: کمک به کاهش سطح دی‌اکسیدکربن در جو و مقابله با تغییرات اقلیمی.
کاهش اسیدی شدن اقیانوس‌ها: با خنثی‌سازی دی‌اکسیدکربن اضافی، می‌تواند به بهبود شرایط محیط زیست دریایی کمک کند.
با این حال، باید اثرات محلی این ترکیبات بررسی شود تا مطمئن شویم استفاده گسترده از آن‌ها موجب آسیب‌های ناخواسته به محیط زیست نمی‌شود.
برتری‌های سلول سوختی سدیمی نسبت به فناوری‌های فعلی
این فناوری نسبت به باتری‌های لیتیومی و سلول‌های سوختی هیدروژنی چند مزیت مهم دارد:
بدون نیاز به مخازن پر فشار یا دمای بسیار پایین، وزن و هزینه کلی سیستم کاهش می‌یابد.
با مصرف سدیم در طول عملیات، وزن کلی سیستم کمتر می‌شود که شبیه عملکرد موتورهای جت معمولی است و به بهره‌وری بیشتر کمک می‌کند.
این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که سلول سوختی سدیمی گزینه‌ای بسیار جدی برای پروازهای برقی دوربرد به شمار آید.
چالش‌ها و نکات نیازمند بهبود
با وجود مزایا، این فناوری هنوز با موانعی روبروست که باید رفع شود:
چگالی توان پایین: در حال حاضر فقط ۴۰ وات‌برکیلوگرم توان تولید می‌شود که برای استفاده تجاری کافی نیست.
مدیریت حرارت: حفظ دمای مناسب سدیم نیاز به سیستم‌های پیچیده مدیریت حرارتی دارد.
نگرانی‌های محیط‌زیستی: تأثیرات بلندمدت موادی مانند سدیم بی‌کربنات بر محیط هنوز کاملاً بررسی نشده‌اند.
رفع این موانع نیازمند پیشرفت در علم مواد، مهندسی و پژوهش‌های زیست‌محیطی است. همکاری میان دانشگاه‌ها، صنایع و دولت می‌تواند مسیر توسعه این فناوری را هموار کند.
کاربردها و تلاش‌ها برای تجاری‌سازی
این سلول سوختی به‌ویژه برای پروازهای برقی طولانی، ظرفیت بالایی دارد. از آن‌جا که حدود ۱۰ درصد از آلودگی‌های حمل‌ونقل جهانی مربوط به پروازهای هوایی است، این فناوری می‌تواند نقش مهمی در کاهش آلایندگی‌ها ایفا کند. با طراحی سبک‌تر و بازده بالاتر، این سلول سوختی می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و مصرف سوخت در بخش هوانوردی کمک کند.
برای پیشبرد این فناوری، یک شرکت نوپا به نام Propel Aero راه‌اندازی شده است. این شرکت با بهره‌گیری از متخصصان حوزه فناوری‌های پاک، قصد دارد این سلول سوختی را به مرحله تولید انبوه و استفاده تجاری برساند.
هرچند مسیر تجاری‌سازی چالش‌برانگیز است، اما حضور فعال بازیگران این صنعت، امیدها را برای تغییر چشمگیر در پروازهای برقی افزایش می‌دهد.
با ادامه پژوهش‌ها و توسعه‌ها، این سلول سوختی می‌تواند به یکی از پایه‌های اصلی فناوری‌های هوانوردی پایدار در آینده تبدیل شود. ترکیب منحصربه‌فردی از انرژی بالا، هزینه پایین و سازگاری محیطی، آن را به راه‌حلی جذاب برای آینده پرواز تبدیل کرده است.
دانلود آهنگ
طراحی و اجرا :
وین تم
هر گونه کپی برداری از طرح قالب یا مطالب پیگرد قانونی خواهد داشت ، کلیه حقوق این وب سایت متعلق به وب سایت تک فان است
دیدگاهتان را بنویسید