Mobilní telefony, kapesní počítače, notebooky i fotoaparáty potřebují ke své činnosti stále víc energie. Klasické lithium-iontové baterie již na takovou zátěž nestačí a hledá se nová alternativa. Mohl by se jí stát palivový článek.
Většina majitelů bezdrátových zařízení se jistě dostala do situace, kdy přistroj vypoví službu a ohlásí, že baterie je vybitá. Například standardní lithium-iontové baterie vydrží zásobit vytížený chytrý telefon mnohdy pouze jeden den. Světové firmy – Toshiba, Motorola, Nokia, Samsung a jiné – již tento problém delší dobu řeší a výsledkem výzkumu se stal palivový článek. K získání potřebné elektrické energie využívá vodík obsažený v metanolu.
Ve vodíku je síla
Palivový článek je podobný klasickému akumulátoru s možnosti opětovného nabití. Jediný rozdíl je ten, že palivové články jsou schopny vyrábět energii tak dlouho, dokud mají zajištěn přísun reagujících směsí – paliva. Podstata je známá již delší dobu, ale až v současnosti se začíná uvažovat o jejím využití i v oblasti mobilních technologií.
Vědci zjistili, že nejlepším palivem pro tento typ článků je použití kombinace vodíku a kyslíku. Ovšem tato směs samotná není pro mobilní telefony přijatelná z důvodu nedostačujícího uskladnění vodíku, proto musel být získáván odjinud.
Vhodným zdrojem vodíku se zdál být metanol, ale i zde se vyskytly problémy kvůli velkému teplu, které vznikalo při výrobě energie. Řešením se na určitou dobu stal tzv. přímý metanolový palivový článek (direct methanol fuel cells, DMFC). U něj probíhá reakce při pokojové teplotě. Avšak tato myšlenka, byť s dobrými výsledky, byla použitelná jen omezeně. Hlavně kvůli produkci oxidu uhličitého při samotné výrobě elektrické energie a velkým rozměrům, které by nebylo možné zmenšit pro potřeby mobilních zařízení.
Energie na dlouhou dobu
Ve světle předchozích problémů pracovala japonská společnost NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) na vývoji nového palivového článku, který také využívá metanolu jako zdroje, ale vedlejší efekty DMFC jsou již eliminovány. Na konci výzkumného procesu je zařízení PEFC (polymer-electrolyte fuel cell), které spojuje dohromady v jeden celek jednotku pro výrobu elektrické energie a zásobník na metanol s elektrickými obvody.
Schéma prototypu palivového článku systému PEFC
Tento palivový článek je už reálně použitelný pro mobilní zařízení, protože představuje lepší řešení pro výrobu elektrické energie než DMFC. Doba volání s běžným telefonem by pak měla dosáhnout až 9 hodin. S vnějšími rozměry 40 × 80 × 13 mm a hmotností 104 g se palivový článek stal vhodným kandidátem pro zabudování do přenosných přístrojů včetně mobilních telefonů, digitálních kamer a notebooků.
Na reálné využití si ale budeme muset ještě nějakou dobu počkat. Výrobcům se i přes velkou snahu a nově použité technologie nepovedlo vytvořit produkt, který by nadchnul širokou veřejnost. I když se vývojářům z NTT podařilo zmenšit velikost baterie na úroveň, která je již akceptovatelná, přece jen to není výsledek, který by každý z nás očekával, a mobilní telefon z takovým článkem by byl spíše na obtíž.
PEFC dokáže z vodíku nebo látek obsahujících vodík (metanol) spolu s kyslíkem vyrobit elektrickou energii. Oproti klasickým zdrojům, které jsou často ekologicky závadné, vzniká u palivových článků jako vedlejší produkt pouze teplo a voda (resp. vodní pára). Jedna buňka se skládá z polymer-elektrolytické membrány (PEM) sevřené mezi anodu a katodu a propustných destiček, které to vše obklopují. Membrána má schopnost díky své stavbě pohltit elektricky nabité částice, v tomto případě protony, a elektrony jsou pak použity na vedení elektrického proudu. Anoda je vyrobena většinou s platino-uhlíkové směsi a má za úkol dělit molekuly vodíku na protony a elektrony. Katoda má oproti tomu opačnou funkci. Redukuje protony a elektrony na neutrální částice. Destičky poté pracují na propouštění jednotlivých částic k elektrodám, dále odvádějí vzniklé teplo a vodu pryč z článku a zajišťují přenos elektronů na katodu po vnějším elektrickém obvodu.
Vlastní výroba energie probíhá tak, že se molekula vodíku rozdělí na elektrony a protony. Protony jsou vedeny přes membránu ke katodě a elektrony po vnějším okruhu . Na straně katody se poté protony a elektrony spojí s molekulami kyslíku a jsou odváděny z článku ven.
Jeden takový palivový článek je schopen produkovat přibližně 1,16 V, proto se články shlukují podle potřeby do větších celků. Jejich výdrž je oproti běžným bateriím asi třikrát větší.
Do letadla vstup s mobilem zakázán
Přes prvotní euforii z nového objevu začaly na povrch vyplouvat další překážky spojené s používání palivových článků v mobilních zařízeních. Klasickou baterii Li-ion lze v současné době i přes její krátkou životnost dobít relativně na kterémkoli místě díky rozšířené elektrické síti. Ovšem použijeme-li metanolem plněný palivový článek PEFC, musíme se spolehnout na přichystanou zásobu.
Metanol se může ve většině zemí prodávat pouze na speciální povolení a v obchodech k tomu určených, protože se jedná o hořlavou látku. S tím je spojena další nepříjemnost. V souvislosti se zvýšenou ochranou proti terorismu jsou zaváděna bezpečnostní opatření také na letištích. Je zakázáno brát si s sebou do letadla sprej nebo zapalovač. Stejně tak by dopadl i mobilní telefon s palivovým článkem, který také obsahuje nebezpečnou látku, nemluvě o dopravě vlastního metanolu po světě. V cestě úspěchu palivovému článku stojí v některých zemí také zákony a legislativa. Tomuto omezení by měla zabránit připravovaná standardizace palivových článků a určení přesného postupu výroby.
Z těchto důvodů někteří výrobci mobilních telefonů, např. Nokia, zpomalili vývoj palivových článků. Toto omezení potrvá podle zástupce Nokie Matti Maskaliho několik dalších let. Ale jak Nokia, tak ostatní světové společnosti nechávají otázku použití palivových článků otevřenou do doby, než budou vyřešeny problémy spojené s bezpečným používáním metanolu.
