MIT鈉燃料電池革命：飛行器減碳新利器 能量密度超鋰電池3倍

麻省理工學院(MIT)研究團隊開發出突破性的鈉-空氣燃料電池，這項創新科技可望取代航空、鐵路與航運領域笨重的鋰離子電池。這套系統採用液態鈉與周遭空氣，能量密度達到現行電動車電池的3倍，甚至能主動捕捉大氣中的二氧化碳，副產物竟是隨處可見的小蘇打粉。

現有電池技術正面臨能量密度瓶頸，特別是對耗能驚人的飛機、火車與船舶等運輸工具而言，這成為電氣化轉型的主要障礙。MIT團隊這項研究成果已刊登於5月27日出刊的《焦耳》(Joule)期刊，為電動運輸帶來革命性曙光。

這項設計的關鍵在於採用燃料電池而非傳統電池。雖然同樣透過化學反應發電，但燃料電池可快速補充能源，無需漫長充電。研究團隊使用低成本且易取得的液態金屬鈉作為能量來源，搭配普通空氣進行反應，中間透過固態陶瓷層傳導鈉離子。實驗室原型機測試結果令人驚艷，每公斤儲能超過現行電動車鋰電池3倍。

「當初我們就預期大家會認為這個點子瘋狂至極。」陶瓷學教授蔣業明表示：「如果沒有這種反應，我反而會失望，因為真正革命性的創新往往在初期都被視為天方夜譚。」他強調，這項技術特別適合航空領域，若能達到每公斤1,000瓦時的關鍵門檻，將使區域型電動航空成為可能。

研究團隊打造了兩種實驗室原型：垂直式的H型電池與水平式託盤設計。在精確控制濕度的氣流環境下，單個電池堆的能量密度突破1,500瓦時/公斤，換算完整系統可達1,000瓦時以上。更驚人的是，這套系統運作時不僅零碳排，排放的氧化鈉副產物還會主動吸收大氣中的二氧化碳，經自然反應最終形成小蘇打。

蔣業明解釋：「從金屬鈉開始就會自然發生一連串反應，我們什麼都不用做，只要讓飛機飛就行。」這些副產物若進入海洋，還能中和海水酸化問題，可謂一舉多得。與其他高能量密度電池相比，這項設計更具安全性優勢，因為反應物之一的空氣濃度相對稀薄，降低劇烈反應風險。

研究團隊已成立新創公司Propel Aero推進商業化程序。鈉金屬原料來自隨處可見的食鹽，相較鋰電池原料更易取得。未來規劃採用可填充式燃料匣設計，液態鈉熔點僅98°C，補能相當簡便。初期將開發磚塊大小的燃料電池，目標一年內推出可應用於農業無人機的實證機型。

參與實驗的博士生菅野Karen發現空氣濕度是關鍵因素，潮濕環境能讓反應副產物保持液態，更容易被氣流帶走。團隊整合燃料電池電極設計、高溫鈉電池等多領域技術，才達成這項效能突破。這項研究獲美國能源部高等研究計劃署、突破能源風投等單位支援，部分實驗在MIT奈米科技中心完成。