Российский дрон на водородном топливе прошел летные испытания

Мультироторный летательный аппарат с источником энергии на основе водородных топливных элементов представил научный коллектив российских разработчиков из Центра компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии ФИЦ ПХФ и МХ РАН (г. Черноголовка) и молодежной лаборатории перспективной энергетики Института электродвижения МФТИ (г. Долгопрудный). Продемонстрировано 2-4 кратное преимущество в энергоемкости энергоустановок на основе топливных элементов перед литий-ионными аккумуляторами. По итогам испытаний время непрерывного полета составило 2.5 часа.

Суперактуальная на текущий момент сфера применения водородного топлива - беспилотная техника, и, в первую очередь, авиация. Именно там решающим фактором является время работы, обеспечиваемое источником питания.

Главное преимущество энергоустановок на основе водородных топливных элементов - высокая удельная энергоемкость по сравнению с аккумуляторами, что обеспечивается высоким КПД топливных элементов.. Достигнутые значения энергоемкости составляют 550-750 Вт*ч/кг. Это в 2-4 раза превышает энергоемкость современных аккумуляторов, что обеспечивает пропорциональное увеличение автономности беспилотной техники.

Межвузовская коллаборация ученых ФИЦ ПХФ и МХ РАН и МФТИ разработала пилотный образец мультироторного летательного аппарата с источником энергии на основе водородных топливных элементов условиях Арктики.

“Источник питания дрона - две батареи топливных элементов мощностью 1 киловатт. Топливо для них - это водород, находящийся в баллоне высокого давления. Такая энергоустановка может обеспечивать непрерывный полет аппарата длительностью до 2,5 часов. Если тот же аппарат питать от литий-ионных аккумуляторов, то для обеспечения этого времени полета его придется периодически сажать, менять или заряжать аккумуляторы , либо запускать одновременно несколько аппаратов, что делает процесс более затратным. Конструкция имеет взлетный вес до 15 кг, может нести полезную нагрузку до 2 кг, скорость полета до 50 км/ч”, - рассказал руководитель проекта, руководитель Центра компетенций НТИ ФИЦ ПХФ и МХ РАН Алексей Левченко.

Разработчики подчеркивают, что для легкой беспилотной техники использование топливных элементов с водородом в качестве топлива на сегодняшний момент весьма оправдано. Кроме того, созданные для водородного летательного аппарата топливные элементы могут использоваться не только в авиации, но для решения широкого спектра задач - портативного электроснабжения, зарядки гаджетов, для электровелосипедов в качестве источника энергии, далее они могут внедряться даже в составе небольших электростанций. Но пока основной проблемой для внедрения водородных технологий в нашей стране можно считать отсутствие заправочной инфраструктуры.

“У нашей разработки есть ряд очевидных преимуществ: одно из основных - потенциальная возможность работы при отрицательных температурах. Топливные элементы отличаются от других источников энергии абсолютной экологической безопасностью, поскольку в процессе работы выделяются только пары дистиллированной воды, которую можно даже пить”, - добавил руководитель молодежной лаборатории Дмитрий Гребцов.

Принцип работы топливных элементов известен уже более 150 лет, однако только в последние десятилетия характеристики энергоустановок на их основе достигли значений, обеспечивающих конкуренцию как с ДВС, так и с аккумуляторами. Это произошло как за счет улучшения характеристик как самих топливных элементов, так и сопутствующего оборудования, в частности баллонов высокого давления.

Современные топливные элементы по многим параметрам превосходят литий-ионные аккумуляторы, однако их достаточно сложно и дорого изготавливать, в том числе из-за высокой стоимости ионообменных мембран.

Ионообменная мембрана - один из важнейших компонентов топливных элементов. Технологии ее создания являются стратегически важными для отечественной промышленности на текущий момент, в частности для полного цикла создания отечественных водородных энергоустановок для транспорта и беспилотной техники.

Молодые ученые МФТИ активно разрабатывают и планируют в ближайшее время внедрить в производство технологию создания протон-проводящих мембран на базе перфторированных сульфокатионитных полимеров, пригодных для изготовления современных водородных топливных элементов.