Компания инновационного центра Сколково и НИУ «МЭИ» разработали сверхлегкую энергосистему — Naked Science
7 минут
НИУ «МЭИ»

Компания инновационного центра Сколково и НИУ «МЭИ» разработали сверхлегкую энергосистему

4.4

Сверхлегкая энергосистема на водород-воздушных топливных элементах с прямой подачей воздуха, разработанная BMPower (Сколково) и НИУ «МЭИ», предназначена для энергоснабжения легкого воздушного и наземного транспорта, робототехнических устройств и телекоммуникационного оборудования.

Компания инновационного центра Сколково и НИУ «МЭИ» разработали сверхлегкую энергосистему / ©Getty images

В отчете Euroconsult сообщается, что рынок дронов к 2025 году может составить 26 миллиардов долларов, а сферы их применения будут расширяться. Это доставка грузов, экстренная помощь, аэрофотосъемка, патрулирование, мониторинг объектов и сетей, обработка сельскохозяйственных угодий.

Для мобильных применений, например, на БПЛА, электроскутерах, экзоскелетах, энергосистема должна иметь минимальный вес при максимальной энергоемкости. Именно этот показатель определяет время полезной работы устройства до зарядки. Энергосистемы на водород-воздушных топливных элементах с прямой подачей воздуха показывают максимальные удельные энергетические характеристики: удельную мощность — до 1 Квт/кг на батарею топливных элементов и удельную энергию для системы — до 700 вт час/кг.

Такая энергоемкость в 3-4 раза выше, чем у лучших литий-ионных аккумуляторов, что кратно увеличивает и время работы устройства. Так, для БПЛА это означает реальное увеличение продолжительности полета в 3-4 раза. Эти показатели сравнимы с БПЛА с двигателями внутреннего сгорания, однако энергосистема на топливных элементах имеет минимальный уровень шума, вибраций, нулевые выбросы токсичных веществ и при температурах до 50 градусов Цельсия.

Основные процессы в водород-воздушном топливном элементе с полимерной протонообменной мембраной / ©Пресс-служба НИУ «МЭИ»

Как это возможно и как работают водород-воздушные топливные элементы? Водород в этой системе хранится под давлением 350 бар в легких композитных баллонах и подается в топливный элемент порциями. Воздух нагнетателем непрерывно прокачивается через батарею топливных элементов. Таким образом, охлаждает ее и удаляет единственный продукт реакции — воду (например, увлажняя воздух). Электрохимические процессы окисления водорода и восстановления кислорода воздуха идут на электродах топливного элемента с высокой скоростью за счет использования наноструктурированных катализаторов.

Энергоустановка BM Power (Сколково) с прямой подачей воздуха мощностью 2 кВт / ©Пресс-служба НИУ «МЭИ»

Этот процесс еще называют «холодным горением». Известно, что водород в единице массы имеет запас энергии в три раза выше, чем у бензина. Кроме того, КПД такого топливного элемента в режиме номинальной мощности составляет около 50 процентов, и что очень важно, КПД растет со снижением нагрузки и может достигать 60-80 процентов. При использовании ДВС КПД в номинальном режиме составляет около 35 процентов, но он заметно снижается при частичных нагрузках, а удельный выброс токсичных продуктов сгорания при этом растет.

Энергосистема BM Power на квадрокоптере / ©Пресс-служба НИУ «МЭИ»

Чтобы реализовать их в устройстве необходимо было решить сложные задачи в области электрокатализа, новых функциональных материалов, силовой электроники, системотехники и других. Например, высокую удельную мощность топливного элемента удалось реализовать только при создании эффективных катализаторов с размером частиц всего 2-4 нанометра. Легкие композитные баллоны вместе с газовой арматурой также — важный элемент энергосистемы с рекордными характеристиками.

Энергосистема на водород-воздушных топливных элементах 2 кВт компании BM Power / ©Пресс-служба НИУ «МЭИ»

Например, в приложении «Дрон для мониторинга» энергосистема на водород-воздушных топливных элементах с прямой подачей воздуха мощностью всего 1 кВт обеспечивает работу коптера массой до 12 килограммов и планера массой до 24 килограммов при минимальном уровне шума, низких вибрациях, инфракрасной заметности и токсичных выбросах. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
НИУ «МЭИ» — ведущий университет России в области энергетики, электротехники, радиотехники, электроники и информационных технологий. Включает 12 институтов, более 100 кафедр и научно-исследовательских лабораторий, опытный завод, уникальную учебную ТЭЦ, полигон возобновляемой энергетики. Объемы НИОКР составляют 1,6 млрд. руб. (2020 г.) В НИУ «МЭИ» обучается более 20 тыс. студентов и аспирантов.
Сегодня, 11:44
2 минуты
Илья Ведмеденко

Сегодня, в 13:15 (мск), NASA начнет трансляцию исторического события: первого полета вертолета Ingenuity, доставленного на Марс вместе с планетоходом Perseverance. Посмотреть трансляцию можно на нашем сайте.

Позавчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

8 часов назад
9 минут
Александр Березин

Судя по отсутствию человека на водительском сиденье, машиной управлял автопилот. В теории он отслеживает наличие человека за рулем и без него не едет. Но на практике человек всегда может обмануть компьютер. Неспособность компьютера контролировать человека в описываемом случае привела к печальным последствиям. Несмотря на это, по последним данным, автопилот Tesla снижает риск попасть в аварию в девять раз. Впрочем, с одним нюансом.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Позавчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: