Üzemanyagcellák - I.

Bár az üzemanyagcellákkal kapcsolatos fejlesztések évek óta folynak, igazából mintha mostanában kapcsoltak volna rá a kutatók. Sorra születnek a mobil eszközökbe tervezett prototípusok, s úgy tűnik, 2007 az üzemanyagcellák éve lesz.

A notebookok és a mobiltelefonok valójában nem függetlenek az elektromos hálózattól: több-kevesebb ideig tartó működés után elektromos hálózatra van szükségük akkumulátoruk feltöltéséhez. Jóval nagyobb rugalmasságot és egyben környezetbarátabb áramellátást ígérnek az üzemanyagcellák, így nem véletlen, hogy a fejlesztők már évek óta dolgoznak azon, hogy elektromos készülékek tápellátására használják a hidrogénből és oxigénből történő áram-előállítás 19. században felfedezett alapelvét.

Most áttörés mutatkozik e téren: egyszerre több japán cég is bejelentette, hogy két éven belül üzemanyagcellás mobiltelefonokkal, MP3-lejátszókkal és notebookokkal jelenik meg a piacon. A mobil készülékek piaca lehet az első alkalmazási terület, ahol az új energiahordozók széles körben elterjedhetnek. Az elemzők 2010-re jósolják a technológia igazi áttörését: a hordozható készülékek mellett, amelyeket már ismerünk, az üzemanyagcellák új alkalmazásoknak is megadhatnák a kezdő lendületet, így például a vezeték nélküli szenzoroknak, amelyek hálózatokba vannak kötve, vagy a testen hordható, „viselhető” elektronikának.

Akku helyett: a lapos üzemanyag-mikrocella hidrogénből és oxigénből
nyeri az energiát a mobil eszközökhöz

Tízszer annyi energia

Közben persze gőzerővel folyik a cellák különböző változatainak tesztelése, s nemcsak Japánban, hanem Európában is. A Fraunhofer Intézet szemléletesen emelte ki az üzemanyagcellák egyik nagy előnyét: az energiasűrűség körülbelül öt-tízszerese az átlagos elemekének és akkukénak. Ennek megfelelően a készülékek hosszabb ideig működnek egy energiatöltettel, arról nem is beszélve, hogy „lemerülésük” után nem kell kidobni őket, hiszen mindaddig üzemelnek, amíg üzemanyagot töltenek beléjük.

Az energiahordozó a hidrogén, melyet először ki kell vonni más anyagokból. Erre két különböző eljárást alkalmaznak. Az egyik során az alkáli elemekben is előforduló szervetlen anyagokból, mint a cink- és a káliumhidroxid, gázfejlesztő cellában hidrogént állítanak elő. A Fraunhofer kutatói 4 köbcentiméteres teljes rendszere 2,1 wattórányi energiát ad – több mint kétszer annyit, mint egy ugyanekkora AAA alkáli elem. Ez azért sikerülhet, mert a hidrogént bonyolultabb vezérlés nélkül állítják elő: az áramterheléssel egyenesen arányosan termelődik. Ennek előnye pedig magától értetődő: egy mobiltelefon energiaigénye eltérő, attól függően, hogy telefonálnak vagy fényképeznek vele. Az említett rendszernél pedig éppen az igény szerint növekszik a hidrogéntermelés.

A másik eljárásnál metanol és etanol üzemanyagcellákat használnak a hidrogén hordozójaként. Ezekkel sokkal magasabb energiasűrűséget és ezáltal eszközhasználati időt lehet elérni. A tulajdonképpeni üzemanyagcellák csupán egy négyzetcentiméteresek, és tartós üzemben stabilan 80–160 milliwattos teljesítményt nyújtanak. Három külön cellát kapcsolnak sorba, amelyek együttesen 1,5 V-os feszültséget szolgáltatnak. A felhasznált fóliatechnológiával könnyen lehet elektromos készülékek felületére integrálni a cellákat.

Az üzemanyagcellák kutatásának másik fontos helyszíne Freiburg. Míg a Fraunhofer Intézet csak hordozó anyagként használja a szilícumostyákat a gyártásnál, a freiburgi egyetem tudósai olyan cellán dolgoznak, melyet mikrochipre integráltak. A hidrogéntároló a chip felületén helyezkedik el vékony rétegben, majd innen diffúzióval kerül a cellába. Ennek a fejlesztésnek néhány 100 mV-ot kell termelnie, és önellátó szenzorokhoz kívánják majd felhasználni.

A korai fecskék egyike: az IBM üzemanyagcellás noteszgép-prototípusa

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!