خلايا الوقود الصوديوم‑هواء تقرب الطيران بالبطاريات من الواقع

طوّر باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤسسات متعاونة خلية وقود تجريبية تعمل بالصوديوم والهواء قد تفيد مستقبلاً في الطيران الكهربائي. تصف الدراسة المنشورة في مجلة Joule نماذج مخبرية، ولا تعرض طائرة حلّقت بهذه التقنية. وتبقى السلامة وتوسيع نطاق الإنتاج وصناعة الصوديوم المعدني مسائل يجب تقييمها على مستوى نظام كامل.

مشكلة وزن الطاقة في الطيران الكهربائي

يحد وزن مخزن الطاقة من مدى الطائرة وحمولتها. وقد أتاحت بطاريات الليثيوم أيون طائرات كهربائية صغيرة، لكن طاقتها النوعية تشكل عائقاً للرحلات الإقليمية الأصعب. تستخدم خلايا المعدن والهواء الأكسجين من الجو، ما قد يرفع الطاقة المتاحة لكل كيلوغرام. غير أن الأنواع القابلة للشحن تعاني غالباً تراكم نواتج تفريغ صلبة تعوق التشغيل المتكرر.

كيف تعمل خلية الصوديوم والهواء؟

تستخدم خلية الباحثين صوديوماً معدنياً سائلاً وقوداً يُستهلك أثناء العمل، وهواءً مرطباً على الجانب المقابل. ينقل إلكتروليت خزفي صلب أيونات الصوديوم، بينما تمر الإلكترونات في الدارة الخارجية لتوفير الكهرباء. وبعد استهلاك الصوديوم يجب تجديد الوقود وإزالة نواتج التفاعل. لذلك فهي خلية وقود يعاد تزويدها بالمادة الفعالة، وليست بطارية مغلقة تُشحن ببساطة من مقبس كهربائي.

صنع الفريق نموذجين مخبريين، أحدهما ذو ترتيب يشبه حرف H. وكانت رطوبة الهواء مهمة لأنها تساعد على إخراج نواتج التفريغ في صورة سائلة. وقد يقلل ذلك من مشكلة الترسبات الصلبة التي تعانيها بطاريات أخرى من نوع المعدن والهواء.

المصدر: Joule

نتائج الاختبار وحدودها

أبلغت الدراسة عن طاقة نوعية محسوبة على مستوى رزمة الخلايا تبلغ 1,200 واط ساعة لكل كيلوغرام عند كثافة تيار قدرها 80 ملّي أمبير لكل سنتيمتر مربع. وأظهر الباحثون تشغيلاً مستمراً استُهلكت فيه طبقة صوديوم يصل سمكها إلى 2.3 سنتيمتر. تتجاوز القيمة طاقة كثير من حزم بطاريات الليثيوم أيون الحالية، لكنها ليست قياساً لطائرة معتمدة تشمل إمداد الوقود والتبريد ومعدات السلامة. ولم يُثبت الأداء في رحلة فعلية بعد.

نواتج التفاعل والأثر البيئي

من نواتج التفريغ هيدروكسيد الصوديوم، الذي قد يتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون ليكوّن كربونات الصوديوم ثم بيكربونات الصوديوم. وهذا مسار كيميائي محتمل لربط ثاني أكسيد الكربون، لكنه لا يثبت أن انبعاثات طائرة مستقبلية ستكون سالبة صافية. ويلزم حساب دورة الحياة كاملة، بما فيها الطاقة اللازمة لإنتاج الصوديوم المعدني مجدداً والتعامل مع النواتج. كما يتفاعل الصوديوم المعدني بعنف مع الماء، ما يجعل التخزين والتزويد الآمنين تحديين أساسيين.

الاستخدامات الممكنة والخطوات التالية

يدرس الباحثون الطيران والسفن ووسائل النقل الأخرى الحساسة للوزن. وقد تكون الخطوة التالية وحدة تجريبية أكبر تُختبر أولاً في طائرات مسيّرة. لا يوجد موعد مؤكد لاستخدامها في طيران الركاب التجاري. ويجب اختبار المتانة والتكلفة وسلسلة توريد الوقود ومتطلبات الاعتماد على نطاق أكبر.

سياق استثماري

تطوّر شركة Enovix Corp. تقنية مختلفة، هي خلايا ليثيوم أيون ذات بنية سيليكونية. وتُذكر الشركة مثالاً من قطاع تخزين الطاقة فحسب. خلية MIT ليست منتجاً لشركة Enovix، ولا تثبت الدراسة منفعة تجارية مباشرة لها.

(ENVX )

آخر أخبار Enovix Corp. (ENVX)

يمكن قراءة المزيد عن تقنيات الطاقة هنا.

الدراسة المرجعية

Sugano, K. وآخرون (2025)، «Sodium-air fuel cell for high energy density and low-cost electric power»، Joule. doi:10.1016/j.joule.2025.101962.