Юный техник, 2005 № 09

Представьте себе батарейку, способную практически вечно питать плейер, мобильник или даже ноутбук. Когда наконец запас энергии в батарейке подойдет к концу, его легко возобновить, заправив… бензином или газом.

Речь, конечно, не об обычной батарейке или аккумуляторе, а о топливном элементе нового поколения, о котором рассказал мне заместитель директора Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН, профессор, доктор технических наук Анатолий Федорович Вяткин.

— Но ведь топливные элементы известны уже довольно давно, — удивился я. — Их применяют, например, на космических кораблях, поскольку для бытовой техники или автомобилей такие элементы пока дороги…

— Все правильно, — подтвердил Анатолий Федорович. — Научный мир уже давно озабочен созданием дешевых и, главное, безвредных источников энергоносителей. Принцип так называемого «холодного горения», на котором основана работа топливного элемента, известен с 1839 года. И с тех пор изыскания возможности получения электроэнергии химическим путем, конечно, продвинулись далеко вперед… Однако до производства в промышленных масштабах дело пока не доходит…

Такое положение, по мнению А.Ф. Вяткина и его коллеги, старшего научного сотрудника института, кандидата технических наук В.В. Старкова сложилось по нескольким причинам. Пожалуй, главная состоит в том, что производство топливных элементов ныне очень дорого, а сами они по своим габаритам и весу лишь немногим отличаются от обычных аккумуляторов. Конечно, кто же будет ставить топливные элементы, например, в автомобиль, если они в 2–3 раза повысят его стоимость?

Кроме того, обычные топливные элементы используют в качестве топлива чистые водород и кислород; их тоже нужно получить, где-то хранить, а это очень пожароопасные вещества…

Схема, поясняющая, как нашим ученым удалось превратить стандартный набор пластин обычного топливного элемента (внизу) в полупроводниковую структуру из микропленок (вверху). Структура показана при сильном увеличении электронного микроскопа.

Однако вспомним, в свое время и обычные батареи и аккумуляторы были весьма громоздки, дороги и небезопасны. А сейчас не редкость аккумуляторы, которые допускают тысячи циклов перезарядки, а по весу и цене мало отличаются от тех же одноразовых батареек. Такое стало возможным после того, как была разработана простая и дешевая технология их производства.

Нечто подобное предлагают наши ученые создать и для топливных элементов.

— Вспомните, когда-то в наших вычислительных машинах, радиоприемниках и магнитофонах использовались радиолампы и транзисторы, — вступил в разговор Виталий Васильевич Старков. — Они были малоэкономичными, громоздкими и ненадежными. Ныне же, когда в них используют микросхемы, электронные приборы стали совсем другими — компактными, долговечными, недорогими. Так давайте же тогда микроэлектронную технологию применим и к производству топливных элементов…

Конечно, сказать куда легче, чем сделать. Но у моих собеседников слова не разошлись с делом. В течение нескольких лет, используя в общем-то стандартные приемы микроэлектронного производства, им удалось создать технологию получения топливных элементов нового поколения.

Главной «изюминкой» в их разработке является использование структур из макропористого кремния. То есть, говоря попросту, исследователям удалось создать некое молекулярное «сито», имеющее заранее заданный размер и форму пор в нем.

— Это «сито» удобно уже тем, что, используя его вместо обычного, мы увеличиваем площадь поверхности структур, на которых происходит реакция, до 250 кв. м на каждый грамм вещества, что в десятки раз больше, чем у обычных плоских поверхностей, — пояснил Старков. — За счет этого можно существенно уменьшить физические размеры топливного элемента. Скажем, вот перед вами экспериментальный образец пластины для показа студентам. Ее размер 10x10 см. Теперь мы можем уменьшить ее площадь в 40 раз. И это еще не все…

Такое молекулярное «сито», как показали эксперименты, может быть дополнено палладиевой пленкой-мембраной, способной сепарировать водород из углеводородистых смесей. То есть, говоря проще, теперь на том же автомобиле можно оставить обычный бензобак, а топливная установка сама будет добывать необходимый ей водород из бензина и вырабатывать с его помощью электричество для работы электромотора.