В надежде полностью заменить аккумуляторные батареи разработчики создают более удобные в использовании топливные элементы. Однако до сих пор существенных продвижений не было. Правда, крупные производители электроники обещают в течение очень коротких сроков выпустить на рынок устройства, оснащенные топливными элементами, но пока обещания остаются невыполненными, нам остается только внимательно следить за новыми разработками ученых и инженеров, тем более, что сообщения от исследовательских центров и лабораторий поступают с завидной регулярностью. На этот раз отличились сотрудники французского института электроники, микроэлектроники и нанотехнологий (Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology), работающие в тесном сотрудничестве с известной японской компанией Sharp.
Команда исследователей, работающая под руководством Стива Арскотта (Steve Arscott), сообщает, что им удалось создать миниатюрный топливный элемент с прямым окислением метанола (micro-sized direct methanol fuel cells – microDMFC). Главными достоинствами нового устройства являются: высочайшая эффективность использования топлива и удельная мощность, величина которой составляет 385 Ватт/л.
В данном случае метанол используется в качестве топлива и анода, тогда как кислород исполняет роль окислителя и катода. Метанол и газ пропускаются через топливную ячейку благодаря наличию микроскопических каналов, когда обе составляющие реагируют в присутствии электролита, вырабатывается столь необходимый электрический ток. Интересным нововведением исследователей является внедрение дополнительного пористого слоя в микротопливную ячейку, что приводит к повышению эффективности с двадцати до семидесяти пяти процентов, при комнатной температуре.
Главной причиной существенного повышения эффективности топливных элементов является использование очень небольшого количества топлива – 1,38 микролитров в минуту, или 550 нанолитров в минуту, в зависимости от конструкции. В этом случае отсутствует необходимость в использовании таких элементов, как помповый насос. Однако, как показали исследователи, снижение количества используемого топлива требует поддержания постоянной концентрации топлива, проходящей через топливную ячейку в единицу времени – только в этом случае достигает максимальная эффективность устройства.
Но самое главное, что исследователям удалось создать действительно компактный топливный элемент, толщина которого составляет всего 0,17 см, объем – всего лишь 0,03 куб. см, а вес не превышает 110 грамм.
Таким образом, важнейшими отличительными особенностями топливных элементов microDMFC являются: высокая эффективность во время работы при комнатной температуре, возможность изготовления топливной ячейки с использованием стандартных технологий изготовления микросхем (например, CMOS), возможность отказа от относительно сложных помповых насосов, применение эффективной протонообменной кремниевой мембраны и диффузионного слоя. К тому же, крайне миниатюрные размеры ячейки позволяют использовать топливные элементы для питания очень компактных устройств.