飛機也能電動化？ 華裔科學家發明「鈉空氣電池」

在環保意識高漲，碳排已成國際共識的現在，動力系統電氣化，成為主要的改革方向。 雖然以鋰離子電池為基礎的電動車已經不罕見，但是它不適合用在飛機、火車和船舶上。 如今，著名的麻州理工學院（MIT）的研究人員，發明了一種新配方的電池，有望幫助這些交通系統實現電氣化。

這是一種燃料化電池，但是又與現行主流的氫燃料電池不同，它其實是一種空氣電池，由于負極是液態金屬鈉，就與燃料頗類似，才如此形容。 鈉就是它最大的優勢，因為它很容易取得，電解食鹽（氯化鈉）就可以，簡直取之不盡用之不竭。

研究人員利用原型裝置進行實驗，證明這種鈉空氣電池單位重量的能量密度，是現行鋰離子電池的三倍以上，證明了它的發展潛力。

研究項目主持人是MIT材料科學與工程系教授蔣業明博士（Yet-Ming Chiang），他出生于中國臺灣，1964年隨父母移民美國，1980年獲得麻省理工學院學士學位，2009年獲得美國國家工程院貢獻獎。 除了蔣博士以，論文作者還有博士生菅野可憐 （英文：Karen Sugano），與蘇尼爾·梅爾 （Sunil Mair） 和薩希爾·甘蒂-阿格拉瓦爾 （Saahir Ganti-Agrawal）。

它的原理這樣的：電池由兩個作用室組成，一邊是液態金屬鈉（可以視做「燃料」），另一邊充滿濕潤的空氣，做為正極。 兩者之間由固體陶瓷電解質材料連接。

簡單來說，鈉離子從一個作用室穿過電解質，進入另一室。 鈉離子與空氣接觸后，會與氣體中的氧氣產生化學反應，產生電能。 在作用的過程確實會產生副產品氧化鈉（如同廢料），原本是固體晶體，但是在過程中它會吸收水氣成為液態狀，如此便于直接排出。 研究人員表示，氧化鈉基本上不算污染物，它會環境中會自動吸附大氣中多余的二氧化碳，反而有一定程度的環保效果。

在吸附二氧化碳后，氧化鈉就會形成碳酸氫鈉，也就是俗稱的小蘇打。 蔣博士團隊表示，小蘇打無毒無害，如果它落入海洋，還有降低海水的酸度的正向效果，也能逆轉溫室氣體帶來的破壞。 也就是說，這種鈉空氣電池的廢料，不但不會造成環境負擔，反而會改善環境，豈不美哉？

但如何將它應用在飛機呢？ 研究團隊認為，可以將多個鈉空氣燃料電池接在一起，使其滿足區域客運航班的續航力。 它需要充電嗎？ 研究團隊的想法是，直接更換裝滿液態鈉金屬的新電池盒，就像換燃料一樣，即可快速為電池「補充能量」。 這一做法與現在的電動摩托車的換電池類似，但是情況更簡單，因為現行的電池在耗電完后，電池就剩呆重，而鈉空氣燃料電池的電力，是隨著鈉的化學作用而愈來愈少，所以最后電池盒輕很多的是空盒子，也就不會因呆重而影響性能。

雖然我們近期可能不會看到客機使用這項技術，因為它還有很多需要改進之處。 但研究團希望在一年內，一個「磚塊大小、功率1000瓦時」的鈉空氣燃料電池，能夠先在無人機上示范使用。

至于鈉金屬的安全問題，鈉很容易自燃，遇水更會引發爆炸，但是現在的鋰離電池也有燃燒與爆炸的風險，但人們仍然也是接受了，所以只要提升包裝的安全性，應該也可以被接受。

蔣博士說：「我認為，人們會覺得用鈉當成電池燃料，這是一個完全瘋狂的想法。 甚至我覺得，如果沒人感到瘋狂，我會有點失望。 因為如果人們一開始不覺得某件事完全瘋狂，那么它很可能就不會那么具有革命性。」