artykul (artykul) wrote,
artykul
artykul

МОБИЛЬНИК НЕ УМРЕТ ГОЛОДНЫМ

В прошлый раз мы вам рассказали о топливных элементах для мобильных телефонов. Но одними лишь водородными топливными ячейками поиск новых видов энергии для портативных устройств не ограничивается, и сегодня вы узнаете о других наработках в этой области. Можно ли запитать телефон веществами, на первый взгляд для этого совершенно не предназначенными?
Газовые автомобили - это всем привычно, экономично, экологично, альтернативно. Некоторые производители сразу выпускают модели, которые можно заправлять газом, но пока что все же больше по миру мастерских, которые переоборудуют бензиновые двигатели для сжигания в них природного газа. Собственно, почему бы не попробовать применить газ и в мобильных телефонах? Можно. Только здесь газ поступает не в цилиндры, а в особый топливный элемент. В отличие от рассмотренных ранее топливных ячеек, в этом водород в реакции не участвует. Итак, имеем коробочку размерами 10х5х1,25 см, - это и есть сам топливный элемент. В нем находится баллончик размером с небольшую шариковую ручку с газом метаном. Когда происходит химическая реакция, на выходе получается кислород, тепло и электричество, которое и направляется для подзаряда севших батарей телефона. Сам топливный элемент при этом находится на поясной кобуре: при нынешних габаритах встроить его в корпус мобильника пока не представляется удачной затеей. Одной зарядки метаном хватает на месяц работы телефона. Компания Motorola, которая всю эту идею и разработала, не говорит о сроках промышленного освоения технологии. Возможно, водородные топливные элементы в конечном итоге вытеснят метановые: метиловый спирт хранить и транспортировать удобнее и безопаснее.
Кстати, раз уж мы тут завели разговор об автомобилях и их силовых агрегатах, то попробуем удивить тебя, читатель: существуют двигатели внутреннего сгорания для сотовых телефонов! В рамках проекта MEMS Rotary Internal Combustion Engine, который финансирует Министерство Обороны США, группа ученых из калифорнийского университета еще в начале 2001 года начала создавать миниатюрные двигатели внутреннего сгорания для питания портативной техники. И вот профессор инженерии Карлос Фернандес-Пелло, Кеньи Мийяска - специалист японского Университета Фукуи, Дэвид Уолтер - исследователь из Университета Беркли и студенты-выпускники Кельвин Фу, Аарон Кноблох и Фабиан Мартинес изготовили самый маленький в мире роторно-поршневой двигатель по технологии доктора Феликса Ванкеля. Конструкция из стали и алюминия по размерам не превышает стопку монет и выдает мощность примерно в 2,5 Вт при скорости вращения вала в три тысячи оборотов в минуту.

Топливом служит сжиженный пропан или бутан, запаянный в микрокапсулу. Одной капли хватает, чтобы ротор двигался по своей эпитрохоиде (замысловатая криволинейная траектория в РПД) два часа, а общий срок работы телефона от одной заправки в десять раз больше, чем от обычного литиевого аккумулятора. Для того, чтобы моторчик наверняка можно было встраивать в мобильные устройства, исследователи хотят повысить выдаваемую мощность до 30 Вт. Кстати, этот построенный учеными образец - лишь прототип другого, размеры которого должны быть не более булавочной головки и который будет сделан из кремния. Неизвестно, когда этот силиконовый микродвигатель появится, но даже и имеющийся железо-алюминиевый моторчик вполне хорош для зарядки аккумуляторов сотовика.
Но это еще не все. Для того, чтобы мобильник питался от жидкого топлива, вовсе необязательно в корпус телефона устанавливать мотор. Можно просто бензин влить. В 2006 году руководитель отдела стратегических исследований Nokia Тапани Риханен сообщил, что компания провела тестирование технологии, позволяющей мобильникам работать на бензине. Мол, компания уверена, что все готово, но прямо сегодня или завтра начать продажу бензиновых мобильников они не могут: вопрос упирается в проблему оптимизации цепи поставок. Чтобы сделать технологию доступной для обычных пользователей, предстоит выяснить, как именно поставлять им топливо. На решение этой задачи может уйти несколько лет. Кстати, еще за год до описываемых событий над бензиново-мобильным вопросом начала работать компания Intel. Она даже выделила специальную группу для разработки данного направления. Им предстояло рассмотреть все аспекты применения бензина для питания гаджетов: от эффективности и экономичности (первичная цель исследований) до экологичности и пожаробезопасности. Также экспертам на первом этапе работы неясно было, как организовать цепь устройств: или встроить бензиновый топливный элемент в телефон, или же разработать отдельную зарядную станцию, к которой нужно будет время от времени подсоединять утративший заряд батареи гаджет.
Зачастую бензин найти сложнее, чем воду. Можно ли питать телефоны обычной водой? Еще в 2003 году ученые из университета канадской провинции Альберта разработали новый тип аккумуляторов, где вода выступает электролитом. Ларри Костюк руководил группой изыскателей, которые и пришли к удивительному открытию. Суть его вот в чем: когда вода проходит сквозь керамический фильтр, состоящий из нескольких тысяч микроскопических каналов, возникает разность потенциалов (электрический ток). Экспериментальный образец батареи показал напряжение в 10 вольт, правда, сила тока была чрезвычайно мала - несколько тысячных ампера. Зато по размеру батарея вполне пригодна для использования в сотовиках и другой портативной технике, а отработавшую свой ресурс батарею можно будет выбрасывать без опасения нанести вред окружающей среде. Ученые назвали этот тип источника энергии электрокинетической микроканальной батареей и опубликовали результаты изыскания в двух солидных журналах: "Журнал института физики" и "Журнал микромеханики и микроижиниринга". Заливать в мобильный телефон воду решили и инженеры южнокорейской компании Samsung. На выставке Korea Electronics Show 2007 они показали сотовик, который всякий раз настоятельно просит водички для поддержания жизнедеятельности.

Как только трубка включается, вода начинает реагировать с металлом; в ходе реакции выделяется водород, который и используется в качестве основного источника энергии. Этот топливный элемент похож на те, что мы описывали в прошлый раз, но тут не используется метанол. Согласитесь, воду в большинстве случаев раздобыть значительно легче, чем метиловый спирт. Батарея генерирует до 3 Вт мощности, чего достаточно, например, чтобы разговаривать по мобильнику в течение 10 часов. В среднем, перезаряжать картриджи придется раз в пять дней. В будущем компания планирует создать телефон, в котором не нужно будет менять картриджи: достаточно будет влить внутрь корпуса несколько миллилитров воды. Конечно, от выставочных образцов до оптовых партий очень далеко, и представители компании отметили, что ожидать подобных водяных систем питания стоит не раньше 2010 года. Зато уже сейчас всего за 13 долларов можно приобрести часы, которые питаются практически любой жидкостью.

Конечно, для питания маленького монохромного ЖКИ часов нужно куда меньше энергии, чем для сотового телефона. Устройство извлекает из нее электроны - вот вам и электричество. А еще есть и калькулятор, тоже питающийся водичкой.

Английская компания O'Gormans специализируется на продаже разных устройств на альтернативных видах топлива - часов, калькуляторов, моделей для наблюдения реакций, водородных игрушечных автомобилей и пр.











И чтобы уж совсем закончить с жидкостями, которые могут выступать в роли топлива для мобильного телефона, расскажем об удивительной разработке сингапурских ученых. Они изготовили аккумуляторы, схожие по размерам с кредитными карточками. Между магниевым анодом и медным катодом помещается особая фильтровальная бумага, пропитанная раствором дихлорида меди. Батарея генерирует электрический ток напряжением полтора вольта, а основным топливом для нее выступает такой продукт человеческой жизнедеятельности, как моча. По всей видимости, первоначально такие батареи будут одноразовыми, хотя прогресс не исключает того, что в будущем их можно будет перезаряжать.
Заливать в телефон жидкость - затея интересная. Но бывают ведь моменты, когда воды поблизости нет (пустыни, горы, степи, леса), а подзарядить телефон ой как надо. Можно воспользоваться портативными солнечными батареями для подзарядки. А как быть, если день пасмурный или вовсе ночь на дворе? Хоть ты из воздуха добывай энергию! Вот-вот, именно из воздуха энергию и можно извлечь. Например, небольшую ветряную установку подключить. В прошлом году оператор Orange совместно с производителем турбин Gotwind представили прототип ветряной установки для зарядки мобильных телефонов. Устройство представляет собой шестилопастный пропеллер диаметром 30 сантиметров на подставке и преобразователь напряжения.

Генератор может выдавать мощность до 0,5 Вт, и для зарядки телефона потребуется около двух часов. Правда, скорость ветра при этом не должна опускаться ниже отметки в 5,3 м/с.

За год до этого индийский изобретатель Н.Сатьянараян из Висакхапатнама продемонстрировал свою ветряную мельницу для смартфона Nokia 7610. Стоимость устройства он оценил в 150 рупий. Еще одна похожая разработка называется НyMini и отличается тем, что ее не нужно раскладывать перед подзарядкой, а лопасти ее защищены кожухом, благодаря чему и опасность погнуть их намного меньше, и риск пораниться столь же малый.

Устройство выдает электричество силой тока в 65 мА, а внутрь корпуса встроен аккумулятор емкостью 1200 мАч для стабилизации напряжения на выходе. Для работы устройства хватает скорости ветра в 9 миль/час (4 метра в секунду). Стоимость самого зарядного устройства - 50 долларов, а за 70 вы получите в комплекте еще и солнечную панель, и механизм для крепления зарядника на раме велосипеда.
Усложним ситуацию еще больше. А ну как ветра нет? Один лишь безветренный воздух, темно и воды рядом нет. Ну и пусть! Все равно возьмем энергию из воздуха! Компания с незамысловатым названием Electric Fuel предлагает для этого воспользоваться устройством со столь же незамысловатым названием Instant Power Charger, которое состоит из двух компонентов со столь же незамысловатыми именами: кабель SmartCord и одноразовый генератор энергии PowerCartridge (впридачу есть еще адаптер к автомобильному прикуривателю и USB-шине).
Итак, батарея находится в герметичной алюминиевой упаковке, которую можно хранить закрытой 3 года. Когда вы ее вскрываете, начинается реакция воздуха (которого так много вокруг) с цинковой начинкой батареи, в результате чего вырабатывается электричество. Вам остается подсоединить шнур к вашему устройству и подождать около двух часов, пока сигнальный светодиод не сменит цвет с зеленого на красный. Емкость этого цинк-воздушного аккумулятора - 3300 мАч (при размерах 68х52х13 мм и массе 76 граммов), и хватает ее на три процесса зарядки телефона или КПК.
После того, как вы зарядили свое устройство, батарею нужно аккуратно запаковать до следующего раза (а срок хранения открытого аккумулятора - 2-3 месяца). Стоимость комплекта - 30 долларов, цена дополнительных картриджей - 10 долларов. Работает. Только все-таки это сложновато выходит: картриджи, распаковать, запаковать... Сегодня без проблем и за половину суммы можно купить адаптер, который позволит заряжать мобильник от обычной пальчиковой батарейки, продающейся на любом углу. Впрочем, как еще одна интересная технология воздушно-цинковые батареи достойны упоминания в нашем обзоре.
От природных субстанций перейдем к микроорганизмам. Вот, например, профессор Дерек Лавли и исследователь Суодс Чаудхури из Массачусетского университета обнаружили микроорганизм, который на протяжении длительного времени может вырабатывать электроэнергию путем окисления углеводов. Микроработяга получил имя Rhodoferax ferrireducens. Превращая сахар в электричество, он передает электроны непосредственно на электрод, а побочным продуктом переработки является углекислый газ. Профессор говорит, что им удалось переработать 80% возможных электродов и при этом обойтись без токсичного медиатора, который требовался в предыдущих опытах, где получалось переработать всего 10% электронов. Теоретически одного стакана сахара может хватить на то, чтобы 60-ваттная лампочка горела в течение 17 часов, но пока что скорость реакции медленная, а высокого напряжения "снимать" не получается. Зато на этой стадии опытов получаемой энергии вполне хватает для того, чтобы подзаряжать мобильный телефон. В 2005 году группа ученых Центра Джона Иннеса из Норвича смогла выделить активную часть бактериального энзима, который работает как крошечный водородный топливный элемент. Профессор Крис Пикетт совместно с американскими и итальянскими коллегами опубликовал результаты исследования, которое поможет ученым заменить дорогостоящие платиновые катализаторы бактериями. "В природе железисто-серные энзимы являются катализаторами ряда важных химических реакций, которые в индустрии возможно вызвать, только используя драгоценные металлы или высокие температуры и давление", - говорит профессор. Тему развил Вилли Верштрате с сотруднкиами Гентского университета. Двести дней ученые кормили бактерии илом, сформировавшимся при поступлении кислорода и без него, а также сточными водами больницы и фабрики по переработке томатов. Бактерии перерабатывают органику из отходов и производят свободные электроны. К концу опытов количество энергии, вырабатываемой на единицу массы, возросло втрое. Выяснилось, что лучше всего работают бактерии Brevibacillus agri. Возможно, на за горами тот час, когда мобильные телефоны станут работать от бактерий. Наконец, группа биохимиков из Мичиганского университета создала топливный элемент на бактериях. Бактерии и другие живые клетки разлагают глюкозу и преобразуют получаемую при этом энергию в аденозинтрифосфорную кислоту - самое подходящее энергетическое топливо для клетки. В ходе этого активного процесса возникает поток электронов. Чтобы его направлять на благое дело, в наружную мембрану бактерий внедрили молекулы, которые отвлекают на себя часть потока электронов (все электроны забирать нельзя, а то системы клетки работать перестанут). Итак, даем бактериям горючее - раствор глюкозы, и получаем на выходе электричество напряжением 0,6 В при силе тока до 17 миллиампер. Пока что маловато, и ученые в ближайшее время надеются довести технологию до хороших показателей и промышленного освоения в качестве топливных ячеек для мобильников.

В свете развития ядерной энергетики в нашей стране было бы непозволительно не рассказать о наработках по встраиванию миниатюрных атомных реакторчиков в мобильные телефоны. Посмотрим, что там сотворили специалисты Корнелльского университета. А создали они новые источники питания на базе радиоактивных изотопов. Имеем медную пластинку, жестко зафиксированную с одного конца; под этой пластинкой на небольшом расстоянии размещается полоска фольги из радиоактивного никеля-63. Вся эта система помещается в вакуумную капсулу. При распаде радиоактивного изотопа выделяются бета-частицы (они же электроны), которые постепенно оседают на медной пластине. Она при этом приобретает отрицательный заряд, а фольга, теряя электроны, - положительный. Поскольку возникают заряды разной полярности, медная пластинка и фольга начинают притягиваться друг к другу и в какой-то момент соприкасаются. В этот короткий момент по цепи и протекает электрический ток, заряды, естественно, выравниваются, и пластинки-полюсы снова становятся параллельно друг к другу. Цикл повторяется многократно. Такой источник питания - не просто атомная батарейка, а еще в некотором роде и механизм типа MEMS (микроэлектромеханическая система): энергия радиоактивного распада не только превращается в электричество, но и направляется на выполнение механической работы. Эту особенность можно использовать при проектировании как батареек, так и механизмов по типу реле и других. Период полураспада никеля-63 превышает сто лет, а батарейка проработает примерно вдвое меньше: износ и старение деталей, как-никак. Впрочем, даже 50 лет работы телефона от одной ядерной зарядки - это намного больше, чем необходимо большинству людей. Специалисты Университета Рочестера также работают над созданием мобильной атомной батарейки. Они решили доработать метод Betavoltaics, который существует уже около полувека и не обрел большой популярности из-за низкого уровня вырабатываемой энергии. По принципу работы такие батареи схожи с солнечными панелями, только здесь кремниевые пластины улавливают не солнечные фотоны, а электроны, испускаемые радиоактивным газом - например, тритием. Группа под руководством исследователя Фаучета не стала изобретать более радиоактивные материалы, а решила увеличить полезную площадь поверхности, улавливающую электроны. Раньше большинство частиц трития просто не попадало на кремниевые пластины, и Фаучет решил вместо плоской поверхности применить пластину с микроуглублениями. Радиоактивный газ попадает в эти углубления и заполняет их, и лишь испускаемые вверх частицы не будут там задерживаться. Инженер разработал технологию нанесения углублений глубиной более 40 микрон и шириной около микрона. А чтобы "собрать" электрический ток, на внутреннюю поверхность углублений наносится покрытие толщиной в две десятые доли микрона для формирования p-n перехода. Эта технология дала десятикратный прирост в токе по сравнению с плоской пластиной. Сейчас ученые трудятся над решетчатой структурой поверхности, чтобы увеличить вырабатываемый ток еще в 160 раз. Вот как сделают, пройдет еще пару лет - и наверняка внедрят такие радиоактивные газовые установки в мобильники.
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments