Миниатюрный топливный элемент более часа держит дрон в воздухе

Дроны находят все более широкое применение, но недостаточное полетное время ограничивает их возможности по преодолению больших расстояний и длительному пребыванию в воздухе. Простое добавление батарей влияет на характеристики полета и снижает полезную нагрузку. Для решения этой проблемы исследователи из Пхоханского научно-технического университета (Южная Корея) создали миниатюрный топливный элемент (ТЭ).

Разработанный ТЭ обеспечивает достаточное количество энергии не только для того, чтобы держать дрона в небе в течение часа, но и в не слишком отдаленном будущем вполне может найти применение в электропитании другой техники, от смартфонов до автомобилей.

Разработанный профессором Ген Ман Чоем и аспирантом Кунь Джунг Кимом, новый твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) впервые использует пористую нержавеющую сталь в сочетании с тонкопленочным электролитом. В сочетании с имеющими низкую теплоемкость электродами это объединение не только приводит к увеличению емкости, но также и увеличивает долговечность.

Команда исследователей стремится усовершенствовать прежние конструкции ТОТЭ с использованием кремния, отличающиеся низкой долговечностью из-за эффекта теплового расширения в процессе эксплуатации. В результате, топливные элементы на основе кремния не рассматриваются в качестве реальной замены в электронных устройствах, где требуется быстрое включение/выключение. Используя нержавеющую сталь, исследователи намерены преодолеть основные проблемы, сдерживающие развитие ТОТЭ, а именно высокие рабочие температуры элементов, что приводит к увеличению времени запуска и проблемам механической и химической совместимости.

Называемые третьим поколением топливных элементов, новые батареи имеют простую структуру при отсутствии проблем с коррозионной потерей электролита. Они демонстрируют пиковую плотность мощности около 560 мВт на кубический сантиметр при температуре 550°C и поддерживают эту плотность мощности в работе. Предполагается, что с такой удельной мощностью и надежностью устройство может стать альтернативой литий-ионным аккумуляторам для мобильной электроники, включая смартфоны и ноутбуки. Новые источники питания позволят эксплуатировать смартфоны с зарядкой их один раз в неделю.

Новый ТЭ вырабатывает мощность за счет преобразования водорода (в данном случае «мокрого» газа H2, состоящего на 97% из Н2 и 3% смеси Н2О), подаваемого в качестве топливного газа к аноду, чтобы создавать электричество. Это достигается за счет использования твердого оксидного материала, выступающего в качестве электролита, позволяющего проводить отрицательные ионы кислорода от катода к аноду.

При том, что этот ТЭ все еще находится в стадии прототипа, корейские ученые полагают, что их исследование может привести к разработке более емких и менее дорогих (но с гораздо более высокой плотностью энергии) ТЭ для использования в транспортных средствах в не слишком отдаленном будущем.