Паливний елемент: електростанція в твоєму мобільнику

Наши партнеры ArtmMisto

На батьківщині атомної бомби, в Лос-Аламосі, штат Нью - Мексико, фізик Боб Хокадей розробляє нове джерело енергії - довговічне джерело живлення, який може зробити революцію в портативній електроніці.
Хокадей не сумнівається, що зможе відправити звичайні акумуляторні батареї на звалище, а натомість ми
повинні отримати паливні мікроелементи. Іншими словами, мініатюрні електростанції, в основу яких покладена технологія з історією в 160 років. Ще трохи, і вони протягом декількох тижнів поспіль будуть живити PDA-комп'ютери, ноутбуки, мобільні телефони та будь-яку іншу портативну техніку. «Наша мета - створити для мобільного телефону джерело живлення, який не потрібно буде перезаряджати протягом місяця», - каже Хокадей. Він уже заснував науково-дослідницьку компанію Energy Related Devices, ставши одним з піонерів цього напряму. Паливними елементами захопилися і гіганти в галузі електронної промисловості
- Samsung, Toshiba, Motorola.

Звичайні джерела живлення, що застосовуються в портативних приладах, тобто іонно-літієві акумуляторні батареї, сідають в самий не підходящий момент, після чого треба витратити кілька годин, для їх перезарядки, добре, якщо є де, а про вагу батарей для ноутбука і говорити не доводитися. І цей, далеко не повний список проблем, покликані виправити «Мікроелектроелектростанціі». Як і звичайні паливні елементи, вони виробляють струм за рахунок реакції водню з киснем, в процесі якої виходить вода. Тільки в якості первинного палива водень не годиться, виникає проблема зі зберіганням. Тому в якості реагенту було вирішено використовувати
метанол - метиловий спирт. І вже з нього витягати водень.
Цей спосіб, правда, не позбавлений недоліків. Реакція риформінгу, в результаті якої метанол і вода перетворюються в водень і вуглекислий газ, найкраще відбувається при температурі 250 градусів. Досить пристойна температура для носіння в кишені, та й сам реактор НЕ мініатюрний. Однак за останні роки вчені розробили паливні елементи з «прямим» перетворення метанолу - DMFC (Direct Methanol Fuel Cell). Завдяки платиновому каталізатору, реакція з вилучення водню може виникати при кімнатній температурі і, що не маловажно, ця технологія не вимагає великої місткості.

На початку 2002 року мюнхенська компанія SFC (Smart Fuel Cell) оголосила про створення
"Самого компактного паливного елемента з прямим перетворенням метанолу" ». Вага установки - два кілограми, розмір - з звичайний цегла. В ході експериментів в установку залили трохи менше 200 мл.
метилового спирту і протягом восьми годин отримували напруга,
потужністю в 40 ват. Цього цілком достатньо, що б одночасно живити ноутбук, стільниковий телефон і принтер. На даний момент відомо, що компанія вже має дослідний зразок, який в два рази менше і легше свого попередника при тій же потужності, що виробляється. Випробування новинки пройдуть цього року. Йенс Міллер, технічний директор SFC, прогнозує, що з початком виробництва паливні елементи будуть нітрохи не дорожче іонно-літієвих батарей того ж розміру. Перевага DMFC перед звичайними акумуляторами очевидно. У паливних елементів є ще один плюс, на відміну від звичайних акумуляторів їх потужність не розсіюється, поки пристрій вимкнений. До того ж, з часом вони не втрачають акумулюють властивостей. «З паливним елементом все набагато простіше: тривалість його роботи залежить від кількості« пального », - каже Хокадей.

Але не дивлячись на всі явні переваги, паливні елементи поки не можуть замінити літієві батареї, по крайней мере, в телефонах. Першочергова задача, що стоїть перед SFC, - забезпечити метанолових картриджами можливих споживачів.
Тобто SFC необхідно наситити ринок, зробити,
що б картриджі продавалися всюди і
людина могла прийти в магазин і без проблем
купити раходнік для своєї станції. . «Розподіл товару - це перешкода, яку ми обов'язково подолаємо», - обіцяє Мюллер.

Але є й інші проблеми, одна з них - питома потужність тобто потужність, вироблена на одиницю маси або об'єму. Цей параметр дуже важливий для портативних пристроїв, оскільки від нього
залежить розмір і вага. Чим вище питома потужність, тим менше вага і відповідно розміри.

«Я впевнений, що паливні елементи знайдуть застосування в сучасних мобільних телефонах», - говорить Девід Харт, глава підрозділу з досліджень в області паливних елементів в Центрі енергетичної політики і технології (Centre for Energy Pilicy and Technology) при Імперському коледжі в Лондоні. - Технічно дуже важко виготовити мініатюрні паливні елементи, які зможуть вміститися в корпусі мобільника і одночасно забезпечити користувача таким же об'ємному потужності, що і звичайні батареї ».

Іонно-літієва батарея видає 150 ват-годин на кілограм, а паливний елемент SFC
- 160, непоганий показник. Однак за рахунок контейнера з паливом маса і обсяг елемента збільшуються. Таким чином, виготовити малогабаритний джерело живлення, який зможе вмістити досить палива і одночасно стати менше звичайної батареї, не так просто. Вартість - ще одна перешкода для даної технології. Хоча літр метанолу навряд чи перевищує вартість десяти центів, ця речовина володіє корозійними властивостями, тому упаковка обійдеться не дешево. За одну 250- міліметрову ампулу спирту доведеться віддати три
долара. Позамежна ціна, якщо порівнювати з підзарядкою телефону від звичайної розетки. Крім того, в процесі роботи SMFC споживають кисень, виділяючи при цьому вуглекислий газ. Це змушує до примусового «провітрювання». Але мобільники, як правило, носять або в кишенях брюк, або в сумочках.
"Це не найкраще середовище для паливного елемента",
вважає Мюллер. Хокадей погоджується: «паливних елементів потрібно дихати». І, нарешті, паливні елементи найкраще працюють, коли рідина тече вільно. До того ж у елемента є рухливі частини, чутливі до ударів і поштовхів, до яких часто схильний телефон. «Це все одно, що проектувати жива істота», - пояснює Хокадей і пропонує деякі рішення. Його остання розробка з прямим перетворенням метанолу за розмірами не більше кредитної картки.

Відповідно, елемент все ж можна вмістити в мобільник. Хокакдей так само стверджує, що зміг позбутися від рухомих частин. Замість них він застосовує спеціально сконструйовану ампулу, в якій метанол дифундує в робочу камеру через пористу поверхню, а відпрацьована вода йде з камери завдяки капілярному ефекту. «У паливному елементі для мобільного телефону все буде залежати від дифузії», - пояснює він. - Його можна повернути догори дном і навіть впустити, і
нічого не трапитися ». Хокадей придумав своєму винаходу і перше застосування, зробив зарядний пристрій для мобільного телефону, яку можна носити на ремені. Свого роду заряжающая кобура. «По суті, це гібридний підхід. Ваш телефон як і раніше працює на літієвої батареї, яка постійно заряджається, поки ви її носите в кобурі ». В ході лабораторних випробувань зразок пристрою Хокадея протягом півроку працював безперервно.

Поки не вдається переконати виробників у перевагах паливних елементів для мобільних телефонів. але
ноутбуки відкривають ширші перспективи. Короткий час роботи батарей ноутбука - загальновідомий факт. Новомодні моделі,
забезпечені енергоємними функціями, включаючи бездротовий доступ до Інтернету та більш яскравим дисплеєм, в результаті сучасні акумулятори чи дотягують до трьох годин роботи. А паливні елементи можуть збільшити цей час в п'ять разів, каже Мюллер.

Компанія SFC розробляє гібридну батарею для лептопа, яка містить заряджає паливний елемент. Знову ж виникає проблема перевезення «Сьогодні жодна авіакомпанія не дозволяє брати ампули з чистим метанолом в салон, - пояснює Харт. Ну а якщо не можна взяти їх з собою, то і купувати їх
ніхто не буде. Мюллер погоджується, але вважає, що
справа лише в часі. «Вже є дозвіл від міжнародної асоціації авіатранспорту на перевезення наших картриджів в багажному відділенні. І тепер ми добиваємося, щоб можна було брати їх в салон », - говорить він. Метанол не більш небезпечний
ніж духи, які продають під час польоту.

У дослідників є стимул. Один з них - створення мобільних телефонів третього покоління. Телекомунікаційні фірми вкладають в них величезні кошти. Перші зразки вже існують в Японії, проте приймають їх з прохолодно і причина ось у чому. Використовувана в них батарея витримує тільки від двадцяти до сорока хвилин роботи. Адже пристрій в десять разів швидше звичайного телефону передає великі обсяги даних по високочастотному радіоканалу. «Все гіганти японської електронної промисловості, включаючи такі фірми, як NEC, Sony і Toshiba, розробляють паливні елементи для телефонів третього поколенья», - говорить Харт.

посилання:
http://www.smartfuelcell.de
http://www.energyrelatedevices.com