Российские ученые создали прототип чрезвычайно эффективного портативного генератора энергии, основанного на электрохимической реакции. По сравнению с аккумуляторной батареей, электрохимический генератор, вырабатывающий энергию из органического топлива (например, природного газа), обладает в десятки раз меньшим удельным весом и способен работать практически в любых климатических условиях. Устройство пригодится не только спецслужбам, робототехникам и полярникам, но и путешественникам, туристам, дачникам.
В рамках Национальной технологической инициативы (НТИ) разработан прототип революционного источника электроэнергии «Топаз», работающий благодаря так называемой электрохимической реакции. Подобно ТЭЦ, электричество в нем вырабатывается из углеводородного топлива (например, пропан-бутановой смеси), но топливо не сжигается, а превращается в электроэнергию напрямую, в результате химических процессов.
Соответственно, для такого источника не нужен промежуточный носитель (на ТЭЦ в этой роли выступает водяной пар, вращающий турбину), отсутствуют движущиеся части, а самое главное — электрохимический генератор обладает гигантской энергоемкостью, примерно в двадцать раз больше, чем у привычного литий-ионного аккумулятора.
Самый мощный аккумулятор сегодня способен дать около 200 ватт-часов на килограмм веса, «Топаз» же — 3 тыс. ватт-часов. Другое преимущество электрохимического генератора — возможность работать в экстремальных климатических условиях, при температуре от минус 40 до плюс 50 градусов. Вдобавок электрохимический генератор вместе с топливом может храниться неограниченно долгое время, тогда как аккумуляторные батареи во время хранения довольно быстро разряжаются.
— Проект базируется на оригинальной отечественной разработке — технологии микротрубчатых топливных элементов, которая позволила добиться рекордных результатов, — утверждает лидер рабочей группы НТИ «Энерджинет» Олег Гринько. — Нигде в мире пока нет прототипа электрохимического генератора с такими характеристиками, как «Топаз». В частности, генератор способен извлекать электроэнергию из широчайшего разнообразия веществ: пропан-бутан, метан, органические жидкости, тогда как зарубежные разработки способны, как правило, использовать только один вид специально подготовленного топлива.
Впрочем, по мнению руководителя проекта Алексея Кашина, основным топливом для «Топаза» в России, скорее всего, станет обычная пропан-бутановая смесь, которая используется для газовых горелок, продается везде и стоит недорого.
— Представьте: устройство размером с литровую бутылку надевается на такого же объема газовый баллончик и вырабатывает электроэнергию, которой хватит на неделю путешествия целой семье автотуристов, — говорит Алексей Кашин. — Они смогут прекрасно прожить это время без электросети: заряжать гаджеты, смотреть телевизор, освещать палатку.
Первые модели таких бытовых генераторов, по расчетам экономистов проекта, будут весить полтора-два килограмма и стоить около 150 тыс. рублей. По мере дальнейшего развития устройства его цена и вес должны существенно снизиться.
Но основной сферой применения электрохимического генератора всё же должен стать не туризм, а робототехника. Например, беспилотный летательный аппарат способен взять на борт весьма ограниченное количество груза. Сегодня львиную его долю составляет аккумулятор, позволяющий летать не больше 20–30 минут. С электрохимическим же генератором дрон сможет летать часами.
Другая важнейшая область применения — автономные устройства, предназначенные для обслуживания инфраструктурных объектов, особенно в условиях Севера.
— Создание технологии изготовления микротрубчатых топливных элементов — важнейшее достижение проекта, — считает заведующий комплексом лабораторий ионики твердого тела Института проблем химической физики РАН Юрий Добровольский. — Это пионерская работа, ребята во многом опередили зарубежные разработки в области электрохимической энергетики.
По мнению эксперта, такое достижение стало возможным благодаря тому, что научная школа и высококвалифицированные специалисты в этой области сохранились у нас со времен СССР, когда в стране уделялось повышенное внимание электрохимическим технологиям.