JAV sukurtas mažiausias pasaulyje kuro elementas

Ilinojaus universiteto (JAV) mokslininkai sukūrė vandenilio kuro elementą, kurio plotis yra vos 3 milimetrai. Šios mažytės vandeniliu maitinamos jėgainės ateityje galėtų pakeisti nešiojamuose elektroniniuose įrenginiuose naudojamas baterijas. Nors elektroniką šiandien maitina mums visiems gerai pažįstamos baterijos, kuro elementai tame pačiame erdvės tūryje sugeba saugoti daugiau energijos. Netgi pačios pažangiausios baterijos savo energijos tankiu ištisa eile nusileidžia vandeniliniams kuro elementams. Tačiau mažų matmenų baterijas daug paprasčiau pagaminti nei tokio pačio dydžio kuro elementų siurblius ir valdymo elektroniką. Be to, maži siurbliai gali suvartoti daugiau energijos nei jie sugeneruoja.

Mažiausias pasaulyje kuro elementas. Matmenys 3 mm x 3 mm. ©Saeed Moghaddam

„Paprasčiausiai nėra praktiška į tokį mažą tūrį sukišti siurblį, slėgio jutiklį ir sistemai valdyti reikiamą elektroniką. Netgi jei kokiu nors magišku būdu pavyktų juos pagaminti tokio mažo dydžio, jų energijos sąnaudos greičiausiai viršytų generuojamą galią“, – sako Ilinojaus universiteto mokslininkas Saeedas Moghaddamas. Siekdami išspręsti šią dilemą Moghaddamas kartu su savo kolegomis Marku Shannonu ir Richardu Maselu sukūrė mažytį kuro elementą, kuris energiją generuoja jos neimdamas iš išorinių energijos šaltinių.

Naujasis įtaisas turi tik keturis komponentus. Plona membrana skiria viršuje esantį vandens rezervuarą nuo žemiau jo esančios metalo hidrido kameros. Po metalo hidrido kamera išdėstytas elektrodų masyvas. Membranoje esančios mažytės skylutės leidžia vandens molekulėms garų pavidale pasiekti gretimą kamerą; čia garai reaguoja su metalo hidridu ir išskiria vandenilį; šis užpildo kamerą, spaudžia membraną į viršų ir užblokuoja vandens tėkmę (įtaiso struktūra parodyta antroje nuotraukoje).

Vandenilio rezervas palaipsniui išsenka, nes jis reaguoja elektrodų kameroje, sukurdamas elektros srovę. Kai vandenilio slėgis sumažėja, į vidų patenka papildomas vandens kiekis ir reakcija palaikoma nenutrūkstamai. Dėl mažų įtaiso matmenų – vos 3 mm x 3 mm x 1 mm – vandens tėkmę sistemoje valdo paviršinis skysčio įtempimas, o ne gravitacija. Tai reiškia, kad elementas veiks net jį pajudinus, pasukus ar apvertus – idealus savybių derinys nešiojamų elektroninių įrenginių energijos šaltiniams.

Pirmieji kuro elemento variantai generuodavo 0,7 volto tekant 0,1 miliampero srovei; esant tokiai apkrovai elemento turėtas kuras išseko po 30 valandų. Moghaddamo teigimu, naujausi modeliai sugeba atiduoti po maždaug 1 miliampero srovę esant tokiai pačiai įtampai. To kol kas nepakanka mobiliesiems telefonams maitinti, nes jų baterijos paprastai tiekia kelių voltų įtampą, tačiau to pakanka paprastesnėms elektroninėms sistemoms arba mikrorobotams.

Vos 9 mm³ tūrio kuro elementas išties yra mažas, teigia Steve'as Arscottas, mikrokuro elementų ekspertas iš Lille universiteto (Prancūzija). Tačiau jo manymu elemento galios kol kas nepakanka kad jis būtų išties naudingas. Jo paties sukurtas kuro elementas vandeniliui generuoti naudoja ne metalo hidridą, o metanolį. Elementas pagal tūrį yra tris kartus didesnis nei Moghaddamo versija, tačiau jo galios tankis yra 12,5 milivatų vienam kvadratiniam centimetrui, t. y. daugiau nei dešimt kartų didesnė galia nei jo kolegų iš JAV sukurto prototipo. Shannon'o nuomone šie du įtaisai negali būti tiesiogiai lyginami vienas su kitu. Dauguma kuro elementų yra maitinami išorinio energijos šaltinio, tuo tarpu naujasis įtaisas naudoja savo vidinius resursus. Papildomas kuras užima papildomą kiekį erdvės ir mažina atiduodamą galios tankį, nes dalis energijos sunaudojama paties įtaiso reikmėms.