(Окончание. Начало в №34)

Продолжим наш разговор о топливных элементах, а именно - об их прошлом, настоящем и ближайшем будущем.

Начать надо с того, что сама идея топливного элемента, в общем-то, не нова. Его принцип действия был открыт еще в 1839 году сэром Уильямом Гроувом - английским адвокатом и ученым. Он же построил первую действующую модель такого устройства. Что интересно, получилось это совершенно случайно во время экспериментов с электролизом. Отключив от электролитической ячейки батарею, сэр Уильям с удивлением обнаружил, что электроды начали поглощать выделившийся газ и вырабатывать ток. Сам термин "Fuel Cell" появился несколько позже - он был предложен в 1889 году Людвигом Мондом и Чарьзом Лангером, пытавшимися создать устройство для выработки электричества из воздуха и угольного газа. В начале 30-х годов прошлого века был успешно продемонстрирован трактор, приводящийся в движение электромотором и топливным элементом мощностью 20 лошадиных сил. Однако, несмотря на достаточно давнюю историю, широкого распространения топливные элементы пока не получили. Впрочем, NASA достаточно активно использует их на космических аппаратах еще с 50-х годов прошлого века. Например, топливный элемент на борту корабля "Апполон" снабжал космонавтов на пути к Луне не только электричеством, но и водой.

Интересовались топливными элементами и военные, но интенсивное развитие технологии началось только в последние несколько десятков лет, когда человечество все больше стали заботить проблемы экологии, иссякающие запасы ископаемого топлива, возможные энергетические кризисы и так далее. К тому же, топливные элементы обещают обеспечить намного большую плотность энергии для портативных источников энергии, а проблема питания мобильной электроники в последние годы все больше и больше волнует индустрию высоких технологий.

По прогнозам специалистов, топливные элементы выйдут на массовый рынок где-то в промежутке между 2005 и 2015 годами. И действительно, разработчики один за другим побеждают технические проблемы, рапортуют об успехах и представляют прототипы. Например, совсем недавно компания Toshiba продемонстрировала готовый прототип метанолового топливного элемента. Он имеет размер 22х56х4,5 мм (по словам Toshiba, самый маленький действующий образец в мире) и выдает мощность порядка 100 мВт. Одной заправки в 2 кубика концентрированного (99,5%) метанола хватает на 20 часов работы MP3-плеера. Коммерческий топливный элемент для питания мобильников Toshiba обещает выпустить уже в следующем году. Опять же, год назад та же Toshiba демонстрировала на выставке CeBit в Ганновере элемент для питания ноутбуков размером 275х75х40 мм, позволявший компьютеру работать в течение 5 часов от одной заправки.

Не отстает от Toshiba и другая японская компания - Fujitsu. В начале года она тоже представила элемент, работающий на 30% водном растворе метанола. Этот топливный элемент работал на одной заправке в 300 миллилитров в течение 10 часов и при этом выдавал мощность 15 ватт. Casio разрабатывает весьма интересный топливный элемент, в котором метанол сперва перерабатывается в смесь газообразных H₂ и CO₂ в миниатюрном топливном преобразователе, а затем уже подается в топливный элемент. Во время демонстрации прототип Casio обеспечивал энергией ноутбук Cassiopeia FIVA в течение 20 часов. Более того, Casio сообщила, что планирует коммерциализировать эту разработку уже в текущем году. Компания Samsung также отметилась на ниве топливных элементов - в этом году она демонстрировала свой прототип мощностью 12 ватт, предназначенный для питания ноутбука. Вообще же, Samsung планирует применять топливные элементы, в первую очередь, в смартфонах четвертого поколения.

Надо сказать, что японские производители вообще очень обстоятельно подошли в разработке топливных элементов. Еще в прошлом году такие компании, как Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony и Toshiba, объединили усилия с тем, чтобы разработать единый стандарт топливных элементов для ноутбуков, мобильных телефонов, КПК и других электронных устройств. Так что коммерческие решения от них можно ожидать со дня на день. Американские же компании, которых тоже немало на этом рынке, в большинстве своем работают по контрактам с военными и разрабатывают топливные элементы для электрификации американских солдат.

Однако обогнали всех немцы - компания Smart Fuel Cell (www.smartfuelcell.de) уже начала продавать топливные элементы для питания мобильного офиса. Устройство называется Smart Fuel Cell C25, имеет габариты 150x112x65 мм и может выдавать до 140 ватт-часов на одной заправке. Этого хватает для питания ноутбука примерно в течение 7 часов. Затем картридж придется заменить и можно работать дальше. Размер картриджа с метанолом 99x63x27 мм, а весит он 150 г. Сама система весит 1,1 кг, так что совсем уж портативной ее не назовешь, но все же это вполне законченное и удобное устройство. Также компания разрабатывает топливный модуль для питания профессиональных видеокамер и совместно с немецким же производителем электроники Medion собирается выпустить ноутбук на топливных элементах.

В общем, топливные элементы уже практически вышли на рынок мобильной электроники. Производители решают последние технические проблемы перед тем, как начать массовый выпуск. Какие? Во-первых, конечно, миниатюризация. Ведь чем меньше топливный элемент, тем меньшую мощность он сможет выдавать - так что постоянно разрабатываются новые катализаторы и электроды, позволяющие при сравнимых размерах максимально увеличить рабочую поверхность. Тут как раз очень кстати приходятся последние разработки в области нанотехнологий и наноматериалов (например, нанотрубки). Опять же, для миниатюризации обвязки элементов (топливных и водяных насосов, систем охлаждения и преобразования топлива) все шире начинают использоваться достижения микроэлектромеханики. Второй важный вопрос - цена. Ведь в качестве катализатора в большинстве топливных элементов используется весьма дорогая платина. Опять же, некоторые из производителей пытаются по максимуму использовать уже хорошо отработанные кремниевые технологии. Например, американская Neah Power Systems (www.neahpower.com) использует в качестве электродов и мембраны пористый кремний. Есть и масса других тонкостей, но они уже заслуживают отдельной специализированной статьи.

Что касается других областей применения, то топливные элементы там уже достаточно прочно обосновались, хотя пока и не стали мэйнстримом ни в энергетике, ни на транспорте. Уже очень многие производители автомобилей представили свои концепт-кары с питанием от топливных элементов. В нескольких городах мира действуют автобусы на топливных элементах. Канадская Ballard Power Systems (www.ballard.com) выпускает целый ряд стационарных генераторов мощностью от 1 до 250 киловатт. Кстати, киловаттные генераторы рассчитаны на то, чтобы сразу снабжать одну квартиру электричеством, теплом и горячей водой. Так что топливные элементы стремительно наступают - следите за новостями.

Константин АФАНАСЬЕВ