Водонаполненные топливные элементы

Опубликовано 07.04.2010 Ведущий Антон Панкратов

Сейчас в портативных устройствах используются батареи, но топливные элементы могут обеспечить больше энергии в том же самом объеме. Даже самые новые батареи на сегодняшний день имеют плотность энергии на порядок ниже, чем водородный топливный бак. Но на данный момент батареи небольшого размера намного проще производить, чем выпускать и управлять электроникой топливных элементов на таком масштабе. Кроме того, небольшие такие установки могут потреблять больше электричества, чем они вырабатывают.
"Делать насос, сенсор давления и электронику для управления этой системой в таком малом объеме становится непрактично", говорит Саид Могхаддам (Saeed Moghaddam) из Университета Иллинойса. "Даже если каким-то магическим путем они будут собраны в одно на таком малом масштабе, то их общее энергопотребление скорей всего будет больше, чем энергия, которую они вырабатывают".
Поэтому Могхаддам вместе с командой своего коллеги из Иллинойса Марком Шенноном (Mark Shannon) предложили дизайн крошечного топливного элемента, который вырабатывает электричество, не потребляя его.
В новом устройстве есть лишь 4 компонента. Тонкая мембрана отделяет резервуар с водой в верхней части от камеры в нижней части, содержащей металлический гидрид. Под камерой с металлическим гидридом находится набор электродов.
Крошечные отверстия в мембране позволяют молекулам воды достигать смежной камеры в виде испарений. При попадании в эту камеру, испарения реагируют с металлическим гидридом, и получается водород, который наполняет камеру, проталкивая мембрану вверх и блокируя поток воды.
Водород постепенно истощается при реакции с электродами под камерой и создает электрический ток. И когда давление водорода понижается, больше воды может продолжить течь, чтобы заставить реакцию продолжаться.
Из-за того, что устройство такое маленькое, всего 3 х 3 х 1 мм, потоком воды в системе управляет не гравитация, а поверхностное натяжение. Это означает, что такой топливный элемент может работать даже при его перемещении и переворачивании, что идеально подойдет для использования в карманных устройствах.
Первые прототипы вырабатывали 0,7 Вольта и ток 0,1 Миллиампера на протяжении 30 часов, прежде чем топливо заканчивалось. Но Могхаддам говорит, что последние доработки позволили достичь тока в 1 миллиампер при таком же напряжении. Этого пока мало для работы мобильного телефона, так как там используются батареи, выдающие несколько вольт. Но этой энергии достаточно, чтобы обеспечивать работоспособность более простых электронных систем или микро роботов.