Национальный исследовательский университет “МЭИ” и компания BMPower (Сколково) разработали сверхлегкую энергосистему на водород-воздушных топливных элементах с прямой подачей воздуха. Она предназначена для энергоснабжения легкого воздушного и наземного транспорта, робототехнических устройств, телекоммуникационного оборудования. 

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

Для мобильный применений, например, на БПЛА, электроскутерах, экзоскелетах, важно, чтобы энергосистема имела 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. Указанная 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, при этом энергосистема на топливных элементах имеет минимальный уровень шума, вибраций и нулевые выбросы токсичных веществ, а также работает при температурах до 50оС.

Чтобы реализовать их в устройстве необходимо было решить сложные задачи в области электрокатализа, новых функциональных материалов, силовой электроники, системотехники и др. Например, высокую удельную мощность топливного элемента удается реализовать только при создании эффективных катализаторов с размером частиц всего 2-4 нм. Легкие композитные баллоны вместе с газовой арматурой являются важным элементом разработки и делают энергосистему в целом легкой.

Так, в приложении «Дрон для мониторинга» энергосистема на водород-воздушных топливных элементах с прямой подачей воздуха мощностью 1 кВт обеспечивает работу коптера массой до 12 кг и планера массой до 24 кг при минимальном уровне шума, низких вибрациях, инфракрасной заметности и токсичных выбросах. Это расширяет потенциальные области их применения для энергоснабжения легкого воздушного и наземного транспорта, робототехнических устройств, телекоммуникационного оборудования.