Informační portál o světě bezpilotních prostředků

Palivové články udrží dron ve vzduchu řadu hodin

Lithiové akumulátory představují nejslabší prvek dronu a největší položku jeho provozních nákladů. Výrazné zlepšení jejich vlastností se nedá moc čekat a lepší akumulátory pracující na nových principech teprve ne. Někteří konstruktéři se proto snaží problém řešit použitím palivových článků.

Špatné vlastnosti lithiových akumulátorů asi není potřeba moc rozebírat, stačí připomenout malou výdrž, nízkou životnost, vysokou cenu a v neposlední řadě sklony ke vzplanutí, z nichž vyplývají problémy s leteckou přepravou. Ještě ke všemu mají velký nebo dokonce největší podíl na hmotnosti stroje.

Naději na zlepšení představuje prototyp kvadrokoptéry Hycopter V1 singapurské společnosti H3 Dynamics, která vydržela létat neuvěřitelné 4 hodiny. Umožnily jí to palivové články.

"Vodíkový pohon zaručuje podstatně větší dolet a výdrž ve vzduchu, než mají současné malé drony s lithiovými akumulátory," tvrdí šéf vývojového týmu Andrew Gong. "V budoucnosti předpokládáme využití dronů s palivovými články v zemědělství, při kontrole liniových staveb a v mnoha dalších oborech."

 

Jak to funguje

Princip palivového článku popsal už roku 1839 švýcarský vědec Christian Friedrich Schönbein. Téhož roku podle jeho práce postavil Sir Wiliam Grove z Walesu funkční prototyp. Princip je jednoduchý; v podstatě jde o opak rozkladu vody elektrickým proudem. V palivovém článku je kyslík nebo vzduch přiváděn na katodu, zatímco vodík nebo uhlovodík na anodu. Tam se za pomoci katalyzátoru atom vodíku rozpadá na proton a elektron. Kladně nabitý proton projde článkem (buď speciální membránou, nebo elektrolytem s příslušným složením), ale záporný elektron se skrz něj nedostane a musí cestovat jinudy - elektrickým obvodem. Elektrony se pak spojí s protony a atomy vodíku se na katodě slučují s kyslíkem za vzniku vody.

Palivové články se používají v nejaderných ponorkách, našly uplatnění v lunárním projektu Apollo a stále častěji slouží i k pohonu elektromobilů. Při použití v atmosféře (což je kromě zmíněných aut i případ dronů a jiných elektrických letadel) si - stejně jako spalovací motory - berou jednu složku pohonné hmoty z okolního vzduchu, což výrazně zlepšuje jejich parametry oproti akumulátorům. Energie se v nich totiž neskladuje, ale vyrábí, přičemž druhou složkou nemusí nutně být obtížně skladovatelný vodík, ale i nějaký běžný a laciný kapalný uhlovodík, třeba alkohol.

Účinnost současných palivových článků se pohybuje mezi 40 až 60 procenty, tedy při vysoké účinnosti bezkartáčových elektromotorů (přes 80 procent) lepší než u spalovacích motorů. Navíc mohou být lehké, což je i důvod, proč se dostaly do kosmického programu Apollo.

Dnešní typy ale mají také špatné vlastnosti: jako katalyzátor se používá drahá platina a další ušlechtilé kovy, jsou náročné na čistotu přiváděných látek a zahřívají se na vysoké teploty. V současnosti proto vědci zkoumají biochemické cykly chemotrofních bakterií získávajících energii z vodíku - i bez platiny a za studena, protože jim stejným způsobem posloužily hydrogenázy - speciální enzymy na bázi uhlovodíků. Elektrody obalené hydrogenázou už v laboratorních podmínkách vyrobily napětí, k praktickému použití je ale ještě daleko.

 

Létání s vodíkem

Snaha přizpůsobit palivové články pro drony začala okolo roku 2013 a v současnosti se tím zabývá řada vědeckých pracovišť a vývojových laboratoří. Například tým z University of Sydney vyvinul pohonnou jednotku, která kombinuje palivový článek, superkapacitory a klasickou lithiovou baterii (Triple Hybrid Propulsion). Její schopnosti demonstrovali na bezpilotním letadle, které vydrželo ve vzduchu tři hodiny.

I v tomto týmu byl Andrew Gong, který úspěšný let komentoval slovy: "Takový systém se hodí jak pro bezpilotní letadla, tak pro stroje dopravující osoby. Důležité je i to, že na rozdíl od klasických letadel se jedná o naprosto čistý ekologický pohon, protože palivový článek produkuje pouze vodní páru."

Čistý a tichý provoz je také výhoda oproti těm průmyslovým dronům, u nichž dlouhou výdrž ve vzduchu umožňuje kombinace spalovacího motoru s elektrickým generátorem.

V pokusných dronech s palivovými články byly superkapacitory (o nich píšeme jinde) speciálně vyvinuté firmou YUNASKO pro použití v bezpilotních prostředcích. Jde o moduly, z nichž každý má kapacitu 7 F a napětí 25 V. Jejich úkolem je dodávat elektřinu při potřebě špičkového odběru (start, rychlé stoupání, prudké manévry atd). Lithiové akumulátory vyrovnávají odběry v běžném letovém režimu a slouží i jako rezerva pro případ poruchy.

Hycopter má hmotnost 5 kilogramů, z níž velká část připadá na dva duté válce, které jsou základním prvkem konstrukce dronu a současně i zásobníky vodíku. Ten je v nich stlačen na 5,07 psi a náplň pro jeden let má hmotnost 120 gramů. Přitom dodá dronu stejné množství energie jako lithiové akumulátory o hmotnosti 3 kilogramy. U prototypu jsou válce zhotovené z průhledného akrylátu, u komerční verze budou z uhlíkového kompozitu.

Hycopter unese až kilogram užitečného nákladu a při plném zatížení se výdrž ve vzduchu sníží na 2,5 hodiny - ale i o tom se může většině klasických dnešních dronů jen zdát. O termínu zahájení prodeje a ceně výrobce rozhodne na základě průzkumu trhu.

 

Jan A. Novák

 

Jan A. Novák

Publicista a fotograf, který se od dětství snaží fotit to, co většina běžných lidí nemůže vidět. Drony ho tedy nemohly minout.

Internetová stránka: www.novakoviny.eu

Zanechat komentář

Ujistěte se, že zadáte požadované informace, tam kde je vyznačeno (*). Kód HTML není povolen.

Populární příspěvky

Předpisy pro létání s drony v ČR

29-02-2016 Hits:97508 Legislativa Vítek Novák - avatar Vítek Novák

Jaké jsou předpisy pro létání s drony v ČR? V tomto článku si rozebereme nejen samotné pře... Read more

AisView - pomocník každého pilota dronu

05-08-2016 Hits:30265 Začínáme Vítek Novák - avatar Vítek Novák

Létáte s dronem a nejste si přesně jisti, kde smíte a kde ne? V takovém případě bychom rád... Read more

Recenze: DJI Mavic, aneb malý velký dron…

09-10-2016 Hits:15159 Testy a recenze Jan A. Novák - avatar Jan A. Novák

Tohle možná způsobí skutečnou revoluci na trhu kategorie "lepších" dronů: DJI Mavic je vel... Read more

Seriál: Začínáme s drony: 4. Výhody a zr…

01-05-2016 Hits:10845 Začínáme Jan A. Novák - avatar Jan A. Novák

Zatímco gyroskop (přesněji řečeno senzor zrychlení) je nezbytnou součástí každého dronu, G... Read more