В Японии разработали компактный реактор размером с ладонь: может питать телефоны и не только

Он быстро запускается при комнатной температуре и производит электроэнергию для питания различных устройств, включая телефоны, дроны, оборудование для искусственного интеллекта. Разработка подробно описана в статье, опубликованной в научном журнале Nature.

Новейшая техника и оборудование часто нуждаются в портативных источниках питания с высокой плотностью энергии, но традиционные технологии аккумуляторов не всегда могут ее обеспечить. Литий-ионные аккумуляторы, например, уже достигают своих теоретических пределов, но они все еще не могут выдерживать длительные полеты дронов.

Хорошей альтернативой ученые считают твердооксидные топливные элементы (SOFC). Эти устройства превращают богатое водородом топливо непосредственно в электричество с высокой эффективностью, достигая гравиметрической плотности энергии, которая до четырех раз превышает плотность имеющихся аккумуляторов.

Пока такие элементы используются в основном в больших стационарных установках. Температура в них превышает +600 °C, а уменьшение размеров создает огромное тепловое напряжение из-за резкой разницы температур между внутренними и внешними материалами, что приводит к растрескиванию и разрушению конструкций.

Группа исследователей под руководством доктора Тецуи Ямады из Лаборатории будущих междисциплинарных исследований науки и техники Токийского института науки искала способы устранения этих проблем безопасности и предложила новую систему умной изоляции. Благодаря ей внешняя часть устройства остается прохладной и безопасной на ощупь.

Для этого ученые использовали керамическую структуру на основе стабилизированного оксида иттрия циркония (YSZ) консольной формы. Эта термостойкий компонент снижает теплопроводность и предотвращает разрушение. Исследователи разработали "каркас" из YSZ, способный вместить твердооксидные топливные элементы в форме пуговиц, а маленькие каналы для подачи водорода, кислорода и воды.

Команда соединила эту прочную конструкцию с легкой многослойной изоляционной системой для снижения радиационных потерь тепла, ограждая горячий реактор от внешней среды.

Во время испытаний прототип достиг рабочей температуры 600 °C всего за 5 минут, тогда как большинство подобных систем требуют минимум полчаса.

Уменьшая обычные стационарные топливные элементы до формфактора размера ладони, эта работа открывает путь к портативным энергетическим системам и демонстрирует потенциал для автономных источников питания с высокой плотностью энергии, способных напрямую поставлять электроэнергию на периферийные устройства", — отметил доктор Ямада.

Авторы также придумали механизм безопасности против быстрого нагрева. Если изоляционный корпус повреждается, он в течение 5 минут опускает температуру до безопасного уровня, когда водород не воспламеняется.

Ранее писали, что в США начнут производить портативные ядерные реакторы от компании Radiant. Например, Kaleidos мощностью 1 МВт может питать критическую инфраструктуру, отдаленные населенные пункты, военные позиции и центры обработки данных.