Портативные источники тока на основе алюмоводных генераторов водорода для мобильных телефонов и ноутбуков.

Принцип работы: вставил картридж -зарядка началась.

В ОИВТ РАН ведутся разработки прототипов свободно дышащих водородно-воздушных топливных элементов (СД ВВТЭ) с твердым полимерным электролитом типа Nafion для компактных источников питания (КИП) на основе микрогенераторов водорода (МГВ). Использование ВВТЭ в качестве основы компактных источников питания (КИП) мотивировано рядом факторов, и в том числе присущими им высокой плотностью энергии и высоким соотношением энергии к весу. Свободно дышащие ТЭ, по сравнению с большими стеками с принудительной подачей окислителя к катоду, привлекательнее с точки зрения их стоимости и надежности.

Данные источники питания включают в себя водородный генератор, одну или несколько двухсекционных сборок СД ВВТЭ, DC/DC согласующий преобразователь – стабилизатор напряжения и электромагнитный клапан. Отличительной особенностью данных КИП является то, что источником водорода в них служат МГВ со сменными алюмоводными картриджами.

МГВ представляет собой устройство (рис.1) с одноразовым заменяемым картриджем, помещенным в герметичный корпус, который имеет штуцер для выхода водорода, направляющегося в топливный элемент. Картридж состоит из двух частей: контейнера с водой и основной части – ячейки с водородгенерирующим веществом (активированным алюминием). Вода находится в специальных влаговпитывающих материалах, расположенных в контейнере. Активированный алюминий находится в виде порошка. Обе части разделены мембранным элементом, имеющим заданную пористую структуру. На пути выхода водорода расположены водоудерживающие сепараторы для удерживания конденсата, уносимого из картриджа вместе с водородом.

		Картриджи различных конструкций могут отличаться формой, размерами, объемом и энергоемкостью. Однако принцип действия МГВ одинаков и заключается в следующем. В режиме хранения реагенты находятся в составном картридже и разделены специальной влагонепроницаемой перегородкой во избежание контакта алюминия с водой или ее парами. Для получения водорода необходимо привести в контакт обе части картриджа, в результате чего вода через мембрану начинает поступать к реагенту с определенной скоростью, которая и определяет производительность МГВ.
Рис. 1. Принципиальная схема алюмоводного микрогенератора водорода. 1 – корпус микрогенератора водорода; 2 – штуцер для выхода водорода; 3 – контейнер для воды; 4 – ячейка с водородгенерирующим веществом; 5 – мембранный элемент; 6 – водоудерживающий сепаратор

При необходимости в МГВ можно конструктивно реализовать способность к авторегулированию. При отсутствии потребления водорода происходит выдавливание воды из активной зоны через разделительную мембрану в контейнер с водой вследствие повышения давления водорода. При этом сам водород при правильной организации пористой структуры мембраны, выдавив частично воду из пор, остается запертым в мембране, препятствует переносу воды в активную массу и не покидает водородную полость. По мере истощения остатков воды в активной зоне реакция останавливается и рост давления водорода прекращается.

К достоинствам МГВ можно отнести:
- экологическую безопасность;
- низкую стоимость;
- длительный срок хранения реагентов;
- высокие удельные характеристики;
- возможную миниатюризацию;
- возможность авторегулирования выделения водорода;
- возможность использования обычной воды;
- способность к работе при комнатной температуре;
- чистоту получаемого водорода (не ниже 99,99 без учета влажности);
- энергоемкость на единицу объема: 300 Вт·ч/л;
- энергоемкость на единицу массы изделия: 200 Вт·ч/кг;
- содержание водорода в картридже с учетом избытка воды: 1,6 масс. %;
- влажность водорода благоприятно сказывается на работе ВВТЭ с ТПЭ типа Nafion при работе в  "свободнодышащем" режиме.

		Внешние источники питания для мобильного телефона (рис.2) предназначены для обеспечения работоспособности и зарядки аккумуляторов любого типа и замены зарядных устройств, работающих от электросети, в случае ее отсутствия, например в полевых условиях. Такие устройства могут использоваться в качестве источников питания для любого портативного прибора с нагрузочными характеристиками, аналогичными характеристикам мобильного телефона.
Рис.2. Универсальное зарядное устройство для мобильных телефонов

		Компактные источники питания для ноутбуков (рис.3) включают в себя микрогенератор водорода с несколькими картриджами из двухсекционных сборок СД ТЭ, DC/DC преобразователь, электромагнитный клапан и систему воздухоподвода, включающую в себя вентилятор. Воздух в зазоры между СД ТЭ поступает с помощью вентилятора, скорость вращения которого зависит от силы тока на ТЭ, определяющей (согласно закону Фарадея) потребление реагентов. Все указанные части КИП объединены в единый корпус.
Рис.3. Внешний источник питания для ноутбука