Жидкостные элементы питания: прогресс налицо

Действующие образцы таких элементов продемонстрировали несколько компаний, а некоторые из них намерены начать серийное производство уже в будущем году.

Работу над жидкостными элементами питания для портативных устройств различные компании ведут уже давно, однако до сих пор дело доходит лишь до действующих прототипов. Тем не менее, в этих разработках наменился серьезный прогресс, причем многие фирмы планируют представить коммерческие продукты уже в течение ближайших полутора-двух лет. Как правило, в топливных элементах используется спирт или водород, причем такие батареи способны вырабатывать в пять-десять раз больше электроэнергию на единицу веса, чем привычные ионно-литиевые аккумуляторы.

Одной из наиболее далеко продвинувшихся в исследованиях жидкостных элементов питания компаний является японский концерн Toshiba. В середине сентября представители этой компании продемонстрировали два новых прототипа жидкостных элементов питания для портативных устройств, получивших название DMFS - Direct Methanol Fuel Cell ("топливные элементы на чистом метиловом спирте"). Такие элементы вырабатывают электроэнергию посредством химической реакции. В отличие от более ранних разработок, где использовался водный раствор с содержанием спирта не более 30 процентов, здесь, напротив, применяется концентрированный 99,5-процентный спиртовой раствор. Такое решение позволило заметно снизить объемы емкости, необходимые для хранения достаточного для работы носимых устройств количества жидкости.

Два прототипа рассчитаны для применения в различных устройствах. Первая модификация с выходной мощностью 100 мВт предназначена для использования в цифровых аудиоплеерах на основе флэш-памяти, таких как iPod Shuffle. Ёмкость картриджа для спирта составляет 3,5 мл, а время работы на одной "зарядке" достигает порядка 35 часов. Габаритные размеры прототипа - 23 х 78 х 10 мм, а плеера, сконструированного специально для работы от жидкостного элемента питания - 35 х 110 х 20 мм. Вес плеера с заполненным картриджем - 78,5 г.

Вторая модификация с выходной мощностью 300 мВт рассчитана на аудиоплееры на базе жесткого диска вроде iPod Photo. Картридж этой модели вмещает 10 мл спиртового раствора, а время работы при полной "зарядке" составляет около 60 часов. Размеры прототипа - 60 х 75 х 10 мм, плеера - 65 х 125 х 27 мм, вес плеера с полным картриджем - 270 г.

Топливные элементы могут быть как перезаряжаемыми, когда пользователь самостоятельно заливает спиртовой раствор в картридж, либо одноразовыми, в которых жидкость надежно запаяна. Пока невозможно сказать, какие из этих двух разновидностей поступят в широкую продажу, поскольку Международная электротехническая комиссия (МЭК) еще не выработала соответствующие стандарты, в которых должны содержаться требования к безопасности подобных топливных элементов. Дело в том, что метанол ядовит, поэтому безопасность следует уделять особое внимание.

Помимо Toshiba над разработками жидкостных топливных элементов работают и другие компании: от таких крупных, как IBM и Sanyo Electric, до небольших Compact Power Systems или Medis.

Компании IBM и Sanyo Electric продемонстрировали прототипы совместно разработанных топливных элементов для ноутбуков ThinkPad весной 2005 года. Эти батареи не требуют никаких изменений в конструкции ноутбуков и обеспечивают до восьми часов автономной работы портативного компьютера. Заряжаются эти элементы через специальную док-станцию, в которую также могут устанавливаться дополнительные жидкостные элементы.

Система электропитания ноутбуков, предложенная IBM и Sanyo Electric - гибридная. Такая конструкция позволяет существенно повысить время автономной работы ноутбука по сравнению не только с традиционной аккумуляторной системой питания, но и с жидкостной. Поскольку подразделение ноутбуков и персональных компьютеров IBM перешло под контроль китайской компании Lenovo, разработки жидкостных элементов питания продолжится уже на новом уровне. Вполне возможно, что благодаря Lenovo дата начала серийного производства таких систем заметно приблизится.

Компания UltraCell разработала собственную технологию жидкостных элементов питания RMFC (Reformed Methanol Fuel Cell), в которой используются миниатюрная установка для реформинга водорода из высококонцентрированного раствора метанола. Эта технология позволяет создавать портативные энергетические системы с емкостью водородных источников питания, но использующих легкодоступные и недорогие спиртовые растворы. По утверждению разработчиков, по энергетической емкости RMFC вдвое опережают литиевые аккумуляторные батареи того же размера. Процесс реформинга начинается непосредственно после нажатия кнопки включения питания, при этом емкости со спиртовым раствором можно заменять, не выключая портативное устройство. Технология может также использоваться для создания мобильных зарядных устройств.

Продемонстрированный в августе 2005 года образец топливного элемента носит название UltraCell 25 и обеспечивает питание устройств мощностью до 25 Вт. По размерам элемент примерно соответствует книжке в мягкой обложке. Этот образец построен на основе прототипа XX90 с мощностью 45 Вт, разработанного по заказу американского военного ведомства. Тот же заказчик и предоставил фирме UltraCell контракт, среди условий которого значится ускорение разработки более портативной системы мощностью 25 Вт. Коммерческое внедрение UltraCell 25 намечено на будущий год.

В арсенале компании Medis есть одноразовые топливные элементы Power Pack, которые, по утверждению разработчиков, позволяют продлить время автономной работы портативного устройства типа мобильного телефона или MP3-плеера. Как отмечается на сайте производителя, для работы элементов требуется свободный доступ воздуха, поэтому элемент не должен находиться в сумке или в каком-либо футляре. Габаритные размеры топливных элементов составляют 80 x 50 x 30 мм и оно подходит для питания самых разных устройств. Разработчики рассчитывают, что при серийном производстве эти топливные элементы будут продаваться не более чем за 20 долларов США, а операторы телефонных сетей смогут предлагать своим клиентам такие элементы всего за 10-15 долларов.

Презентация сразу несколькими, в том числе, мелкими компаниями действующих образцов компактных энергетических элементов свидетельствует о том, что развитие этой технологий выходит на новый уровень. Более того, некоторые фирмы обещают серийный выпуск таких элементов уже в будущем году. Очень хотелось бы верить этим обещаниям, ведь традиционные аккумуляторные батареи уже не справляются с аппетитами современных портативных устройств, требующих все больше и больше энергии.