В Японії розробили компактний реактор розміром з долоню: зможе живити телефони і не тільки

Він швидко запускається при кімнатній температури і виробляє електроенергію для живлення різних пристроїв, включно з телефонами, дронами, обладнанням для штучного інтелекту. Розробка детально описана у статті, опублікованій у науковому журналі Nature.

Новітня техніка та обладнання часто потребують портативних джерел живлення з високою щільністю енергії, але традиційні технології акумуляторів не завжди можуть її забезпечити. Літій-іонні акумулятори, наприклад, вже досягають своїх теоретичних меж, але вони все ще не можуть витримувати тривалі польоти дронів.

Хорошою альтернативою вчені вважають твердооксидні паливні елементи (SOFC). Ці пристрої перетворюють багате на водень паливо безпосередньо на електрику з високою ефективністю, досягаючи гравіметричної щільності енергії, яка до чотирьох разів перевищує щільність наявних акумуляторів.

Поки такі елементи використовуються здебільшого у великих стаціонарних установках. Температура у них перевищує +600 °C, а зменшення розмірів створює величезне теплове напруження через різку різницю температур між внутрішніми та зовнішніми матеріалами, що призводить розтріскування та руйнування конструкцій.

Група дослідників під керівництвом доктора Тецуї Ямади з Лабораторії майбутніх міждисциплінарних досліджень науки і техніки Токійського інституту науки шукала способи усунення цих проблем безпеки і запропонувала нову систему розумної ізоляції. Завдяки їй зовнішня частина пристрою залишається прохолодною та безпечною на дотик.

Для цього вчені використали керамічну структуру на основі стабілізованого оксиду ітрію цирконію (YSZ) консольної форми. Ця термостійкий компонент знижує теплопровідність і запобігає руйнуванню. Дослідники розробили "каркас" з YSZ, здатний вмістити твердооксидні паливні елементи у формі ґудзиків, а маленькі канали для подачі водню, кисню та води.

Команда поєднала цю міцну конструкцію з легкою багатошаровою ізоляційною системою для зниження радіаційних втрат тепла, огороджуючи гарячий реактор від зовнішнього середовища.

Під час випробувань прототип досяг робочої температури 600 °C всього за 5 хвилин, тоді як більшість подібних систем потребують мінімум пів години.

Зменшуючи звичайні стаціонарні паливні елементи до формфактора розміру долоні, ця робота відкриває шлях до портативних енергетичних систем і демонструє потенціал для автономних джерел живлення з високою щільністю енергії, здатних безпосередньо постачати електроенергію на периферійні пристрої", — зазначив доктор Ямада.

Автори також придумали механізм безпеки проти швидкого нагрівання. Якщо ізоляційний корпус пошкоджується, він протягом 5 хвилин опускає температуру до безпечного рівня, коли водень не займається.

Раніше писали, що у США почнуть виробляти портативні ядерні реактори від компанії Radiant. Наприклад, Kaleidos потужністю 1 МВт може живити критичну інфраструктуру, віддалені населені пункти, військові позиції та центри обробки даних.