Компания инновационного центра Сколково и НИУ «МЭИ» разработали сверхлегкую энергосистему — Naked Science
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.
}, }, }); } if (api.isReady) return addWidget(); api.init({ token: token, url: url, }) .then(addWidget); }); if (!d.querySelector('.relap-runtime-iframe')) { var f = d.createElement('iframe'); f.className = 'relap-runtime-iframe'; f.style = 'position:absolute;top:-9999px;left:-9999px;visibility:hidden;'; f.srcdoc = '
Вчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 11:36
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

Вчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 11:36
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

Вчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: