Американцы построили самый маленький топливный элемент

Миниатюрное устройство было создано в стенах университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign). Однако особый интерес вызывают не столько размеры топливного элемента, сколько его строение.

Размеры устройства составляют всего лишь 3 x 3 x 1 миллиметр.
Такой малыш способен дать больше энергии, чем стандартная батарея того же размера (фото Saeed Moghaddam).
Такой малыш способен дать больше энергии, чем стандартная батарея того же размера (фото Saeed Moghaddam).

Отметим, что химики могут значительно уменьшить размеры стандартных батареек, но делать это с составляющими топливных ячеек не имеет смысла. Результатом такой работы становится устройство, которое потребляет больше энергии, чем производит.

Эту проблему решили химики Саид Мохаддам (Saeed Moghaddam) и Марк Шэннон (Mark Shannon).

"Непрактично создавать миниатюрный насос, датчик давления, электронику, которая контролировала бы все части механизма в столь малом объёме", — рассказывает Мохаддам.

Он и его коллега создали водородный топливный элемент, который не требует производства сложных миниатюрных деталей и при этом генерирует ток, не потребляя его для своих собственных нужд.

Внутри устройства всего четыре компонента: мембрана, разделяющая ёмкости с водой и гидридом металла, и электроды, расположенные под ячейкой с гидридом.

Через микроскопические отверстия в мембране молекулы воды попадают в смежную ячейку в виде пара. Пар реагирует с соединением металла, образуя водород, который, наполняя камеру, перекрывает поток воды. По мере прохождения реакции на электродах количество водорода уменьшается (а вместе с ним и давление этого вещества), мембрана возвращается в начальное положение и молекулы воды снова начинают попадать в ячейку с гидридом.

Наглядная демонстрация саморегуляции системы: молекулы воды, проходя через мембрану (a), взаимодействуют с гидридом; полученный водород перекрывает поры в мембране (b) (иллюстрация Journal of Microelectromechanical Systems).
Наглядная демонстрация саморегуляции системы: молекулы воды, проходя через мембрану (a), взаимодействуют с гидридом; полученный водород перекрывает поры в мембране (b) (иллюстрация Journal of Microelectromechanical Systems).

Таким образом, осуществляется автоматическое регулирование реакции воды с гидридом металла (и беспрерывное её продолжение).

Благодаря особенным размерам созданного устройства приток молекул воды определяют не гравитационные силы (как в классических топливных элементах), а поверхностное натяжение. Это означает, что устройство может работать в движении и даже при вращении.

Первые модели миниатюрного топливного элемента были способны генерировать напряжение 0,7 вольта (ток 0,1 миллиампера в течение 30 часов). Новые образцы устройств дают ток до одного миллиампера при том же напряжении.

Конечно, и этого недостаточно для питания портативных устройств. К примеру, мобильные телефоны "съедают" до нескольких вольт. Однако микроробот на таком топливном элементе был бы вполне жизнеспособен.

Ныне созданное устройство (объёмом 9 кубических миллиметров) действительно мало, но Стивен Арскотт (Stephen Arscott), эксперт в области малых топливных элементов из университета Лилля (Universit? des Sciences et Technologies de Lille), считает, что ему не хватит мощности для питания.

В качестве хорошего примера он, конечно же, приводит своё детище (о нём читайте эту статью). Устройство Арскотта почти в три раза больше, работает на метаноле (более типичный для топливных элементов источник водорода) и при этом выдаёт удельную мощность в десять раз большую, нежели элемент Мохаддама.

Впрочем, Шеннон отмечает, что устройства сравнивать некорректно. В рабочей модели Арскотта топливо поступает извне, в то время как у нового устройства всё необходимое находится на борту. Таким образом, в перерасчёте на общий объём получается, что удельная мощность миниатюрного топливного элемента составляет относительно большое значение (около ста ватт на литр).

В любом случае в будущем подобные усовершенствованные элементы способны потеснить батареи в мобильных устройствах. И дело не только в том, что топливные элементы способны поставлять на порядок больше энергии. Важно, что новый источник тока прекрасно работает в любом положении.

Подробнее о работе Мохаддама и Шэннона читайте в статье, опубликованной в Journal of Microelectromechanical Systems.



!

Если для Вас конкретно эта новость оказалась важной или интересной - пожалуйста, поделитесь ею в своей любимой социальной сети с помощью кнопок, расположенных под этим текстом. Это поможет нам в будущем делать более качественную подборку материалов, исходя из Ваших потребностей\интересов.




Коды для вставки в блог\форум

blog comments powered by Disqus


Вспомним другие новости из этого раздела?


Наука и техника

←+Ctrl+→

Интересные новости
Генетики раскрыли причины зарождения многих видов ракаГенетики раскрыли причины зарождения многих видов рака
В Китае найдена вторая терракотовая армияВ Китае найдена вторая терракотовая армия
Ученые сделали из гриба генератор электроэнергииУченые сделали из гриба генератор электроэнергии
Виртуальная реальность не может обмануть мозг человека - ученыеВиртуальная реальность не может обмануть мозг человека - ученые
Samsung примкнула к «Партнёрству по искусственному интеллекту»Samsung примкнула к «Партнёрству по искусственному интеллекту»
Блок рекламы


Похожие новости

В Амстердаме построили первый в мире пешеходный мост с помощью 3D-принтераВ Амстердаме построили первый в мире пешеходный мост с помощью 3D-принтера
Китай планирует построить самый мощный коллайдерКитай планирует построить самый мощный коллайдер
"Роскосмос" полагает, что "Союз" могли повредить американцы"Роскосмос" полагает, что "Союз" могли повредить американцы
В Арктике начал таять самый прочный ледВ Арктике начал таять самый прочный лед
Самый древний птерозавр был похож на пеликанаСамый древний птерозавр был похож на пеликана
Контроль генных модификаций: самый простой способ в миреКонтроль генных модификаций: самый простой способ в мире
Создан самый маленький компьютер в мире: новый рекордСоздан самый маленький компьютер в мире: новый рекорд
На экваторе начал таять самый крупный айсберг АнтарктидыНа экваторе начал таять самый крупный айсберг Антарктиды
В США создали самый быстрый в мире суперкомпьютерВ США создали самый быстрый в мире суперкомпьютер
Ученые построили модель развития экзоцивилизацииУченые построили модель развития экзоцивилизации
Последние новости

Подгружаем последние новости