Летательный аппарат с источником энергии на основе водородных топливных элементов создали российские ученые. Разработка показала существенное преимущество в энергоемкости энергоустановок на основе топливных элементов перед литий-ионными аккумуляторами. На испытаниях беспилотник непрерывно летал два с половиной часа.
Очень актуальная сфера применения водородного топлива — беспилотная техника и авиация. Именно там решающим фактором становится время работы, обеспечиваемое источником питания.
Главное преимущество энергоустановок на основе водородных топливных элементов — высокая удельная энергоемкость по сравнению с аккумуляторами, что обеспечивается высоким КПД топливных элементов. Достигнутые значения энергоемкости составляют 550-750 Вт*ч/кг. Это в 2-4 раза превышает энергоемкость современных аккумуляторов.
Межвузовская коллаборация ученых Центра компетенций НТИ Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и молодежной лаборатории перспективной энергетики Института электродвижения МФТИ разработала пилотный образец мультироторного летательного аппарата с источником энергии на основе водородных топливных элементов условиях Арктики.
«Источник питания дрона — две батареи топливных элементов мощностью 1 киловатт. Топливо для них — это водород, находящийся в баллоне высокого давления. Такая энергоустановка может обеспечивать непрерывный полет аппарата длительностью до 2,5 часов. Если тот же аппарат питать от литий-ионных аккумуляторов, то для обеспечения этого времени полета его придется периодически сажать, менять или заряжать аккумуляторы, либо запускать одновременно несколько аппаратов, что делает процесс более затратным. Конструкция имеет взлетный вес до 15 кг, может нести полезную нагрузку до 2 кг, скорость полета до 50 км/ч», — рассказал руководитель проекта, руководитель Центра Алексей Левченко.
По словам разработчиков, для легкой беспилотной техники использование топливных элементов с водородом в качестве топлива весьма оправдано. Кроме того, созданные для водородного летательного аппарата топливные элементы можно использовать не только в авиации, но для решения широкого спектра задач — портативного электроснабжения, зарядки гаджетов, для электровелосипедов в качестве источника энергии. Их могут внедрять даже в составе небольших электростанций. Но пока основной проблемой для внедрения водородных технологий в нашей стране можно считать отсутствие заправочной инфраструктуры.
«У нашей разработки есть ряд очевидных преимуществ: одно из основных — потенциальная возможность работы при отрицательных температурах. Топливные элементы отличаются от других источников энергии абсолютной экологической безопасностью, поскольку в процессе работы выделяются только пары дистиллированной воды, которую можно даже пить», — отметил руководитель молодежной лаборатории Дмитрий Гребцов.
Принцип работы топливных элементов известен уже более 150 лет, однако только в последние десятилетия характеристики энергоустановок на их основе достигли значений, обеспечивающих конкуренцию как с двигателями внутреннего сгорания, так и с аккумуляторами. Это произошло за счет улучшения характеристик самих топливных элементов и сопутствующего оборудования, в частности баллонов высокого давления.
Современные топливные элементы по многим параметрам превосходят литий-ионные аккумуляторы, однако их достаточно сложно и дорого изготавливать, в том числе из-за высокой стоимости ионообменных мембран — одного из важнейших компонентов топливных элементов. Технологии создания такой мембраны стратегически важны для отечественной промышленности, в частности для полного цикла создания отечественных водородных энергоустановок для транспорта и беспилотной техники.
