Российский дрон на водородном топливе прошел летные испытания
Мультироторный летательный аппарат с источником энергии на основе водородных топливных элементов представил научный коллектив российских разработчиков из Центра компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии ФИЦ ПХФ и МХ РАН (г. Черноголовка) и молодежной лаборатории перспективной энергетики Института электродвижения МФТИ (г. Долгопрудный). Продемонстрировано 2–4-кратное преимущество в энергоемкости энергоустановок на основе топливных элементов перед литий-ионными аккумуляторами. По итогам испытаний время непрерывного полета составило 2,5 часа.
Суперактуальная на текущий момент сфера применения водородного топлива — беспилотная техника, и в первую очередь авиация. Именно там решающим фактором является 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, что обеспечивает пропорциональное увеличение автономности беспилотной техники.
Межвузовская коллаборация ученых Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и 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 часа. 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 компетенций НТИ ФИЦ ПХФ и МХ РАН Алексей Левченко.
Разработчики подчеркивают, что для легкой беспилотной техники использование топливных элементов с водородом в качестве топлива на сегодняшний момент весьма оправдано. Кроме того, созданные для водородного летательного аппарата топливные элементы могут использоваться не только в авиации, но для решения широкого спектра задач — портативного электроснабжения, зарядки гаджетов, для электровелосипедов в качестве источника энергии, далее они могут внедряться 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», — добавил 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 ДВС, так и с аккумуляторами. Это произошло за счет улучшения характеристик как самих топливных элементов, так 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.
Ионообменная мембрана — один из важнейших компонентов топливных элементов. Технологии ее создания стратегически важны для отечественной промышленности на текущий момент, в частности для полного цикла создания отечественных водородных энергоустановок для транспорта и беспилотной техники.
Молодые ученые МФТИ активно разрабатывают и планируют в ближайшее время внедрить в производство технологию создания протон-проводящих мембран на базе перфторированных сульфокатионитных полимеров, пригодных для изготовления современных водородных топливных элементов.