Генератор особого режима: создана батарейка для экстремальных ситуаций
В России создали новый автономный термоэлектрический генератор (ТЭГ), который не требует техобслуживания и способен провести в режиме ожидания более 10 лет. В будущем такой ТЭГ может быть использован в устройствах для подачи сигналов бедствия с точными координатами места происшествия — например, в датчиках предупреждения лесных пожаров.
Холодно-горячо
Новый генератор относится к типу термоэлектрических устройств, которые для выработки электричества используют разницу температур двух пластин полупроводникового модуля (эффект Зеебека). При этом главное инженерное нововведение состоит в том, что для разогрева «горячей» пластины решили использовать термитный наноматериал на основе алюминия и никеля.
— Термитные материалы известны уже более века, в настоящее время их используют при сварке металлических изделий. Для нашей разработки мы применили их особую разновидность — наноразмерные порошки, способные выделять большее количество тепла за счет более высокой скорости прохождения реакции, — рассказал ассистент Института перспективных материалов и технологий НИУ «Московский институт электронной техники» Егор Лебедев. — Кроме того, разработанный состав термитного материала не требует атмосферного кислорода, вместо него используется специальный окислитель в составе порошка, что позволяет ему работать в любых условиях окружающей среды.
Инженеры создали работающий прототип, который при малом размере (два коробка спичек) способен вырабатывать электроток силой в 100 миллиампер при напряжении в 3,5 вольта в течение двух минут. Этого достаточно, например, для работы современного смартфона в режиме разговора, если аккумулятор полностью разряжен или испорчен.
По словам специалистов, заявленные показатели могут обеспечить быстрый доступ к электроэнергии в экстремальной ситуации — в частности, для подачи сигналов бедствия с указанием точных географических координат.
Перспективность устройства подтвердили и в Физико-техническом институте (ФТИ) им. А.Ф. Иоффе.
— Термитный материал действительно может послужить хорошим источником тепла для генераторов, особенно в условиях отсутствия доступа к другим видам энергии, — отметил заведующий лабораторией физики термоэлементов ФТИ Александр Бурков. — Но при этом следует учитывать, что высокая температура его горения может повлечь за собой риски возникновения пожара при работе устройства. Впрочем, в современной технике они минимизированы.
В ожидании пожара
Еще один плюс нового источника питания в том, что он не требует обслуживания.
— Устройство может находиться в «спящем» режиме более 10 лет — до тех пор, пока не потребуется его запуск для генерации электричества, — пояснил старший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий НИУ «Московский институт электронной техники» Сергей Дубков. — Характеристики генератора с годами не ухудшаются, как в случае с электрическими аккумуляторами, у которых со временем происходит саморазряд и деградация емкостных характеристик.
Кроме того, разработчики заявляют, что прибор надежно защищен от посторонних воздействий за счет герметичного корпуса.
По мнению ученых, данные свойства позволят использовать устройство в качестве питающего элемента для автономных датчиков пожарных сигнализаций, которые самоактивируются при повышении температуры выше критической. В настоящее время в них применяют литий-ионные или щелочные аккумуляторы, которые требуют замены каждые 2–3 года.
Также генераторы можно будет использовать для питания научных приборов в дальних экспедициях и в качестве источников энергии в необслуживаемых датчиках, которые будут предупреждать о критических повреждениях особо важных строительных конструкций, например мостов. По словам ученых, возможно применение разработки и в космосе — в качестве резервного источника питания для спутников, который запускается при возникновении технических проблем. Например, если у аппарата не раскрылись солнечные батареи.
Однако некоторые эксперты оценивают возможности такого ТЭГа осторожно.
— Электрическая емкость стандартных щелочных батареек сопоставимого размера в тысячи раз превосходит аналогичную характеристику нового устройства, что существенно ограничивает его применяемость, — считает эксперт по автономным термоэлектрическим генераторам Петр Шостаковский. — Впрочем, это не значит, что подобные генераторы не нужны. За счет высокой надежности, автономности и длительного срока хранения их действительно было бы полезно применять в качестве источников питания для самоактивирующихся аварийных датчиков систем безопасности.
При получении необходимого финансирования производство нового генератора может начаться уже через 2–3 года.
