| Apie | Žurnalas | Archyvas | Mokslo įdomybės | Paieška |

2002 m. Nr. 4 turinys

· Tinklo plėtra 2002 metais

· Komutavimo protokolai
· 2002 metų lyderiai
· Laisvę telekomunikacijų verslui!
· Ar verta rinktis VDSL?

Elektronika
· Pokalbis su mašina
· Maksi displėjai ir mini projektoriai
· Patys mažiausi skaitliukai
· Gyvenimas be laikrodžių
· Žinutės
· Kišeninė "elektrinė"
· Blausi švytinčios elektronikos ateitis

Optinis ryšys
· Ne aukštos materijos, o žemiški dalykai
· Optinis regeneravimas
· Permatomas, pilkšvas, bet lazeriai mėlyni
· Žinutės

· Alcatel modernizuoja Lietuvos telekomo optinio ryšio tinklą

Mobilusis ryšys
· Žinutės
· "Galileo" - kas tai?
· UMTS ir ne tik
· 3G operatoriai privalo susirūpinti GSM keliama interferencija

Internetas
· Wi-Fi ryšio tinkli dygsta kaip grybai po lietaus
· Žinutės
· Plačiajuostis belaidis ryšys - dėžutėje
· Ko trūksta plačiajuosčio ryšio sistemoms?

Technikos istorija
· Laiko matavimo kronika
· Nuo radio lempos iki Sip

· Alvarix plačiajuostė daugiataškė bevielio ryšio sistema

Kišeninė „elektrinė“

   Los Alamos mieste New Mexico valstijoje, visai netoli nuo tos vietos, kur gimė pirmoji atominė bomba, fizikas Bobas Hockaday kuria kur kas taikingesnį energijos šaltinį: konstruoja ilgaamžę bateriją, kuri gali sukelti tikrą perversmą nešiojamų elektronikos prietaisų srityje.

   Kol tai įvyks, gali praeiti keletas metų, tačiau Hockaday yra įsitikinęs, kad po to tradicinės baterijos ir akumuliatoriai pradės po trupučiuką dingti iš akiračio. Jo tyrimų objektas yra miniatiūriniai kuro elementai. Šios mažytės "elektrinės", kurių idėja atsirado dar prieš 160 metų, greitai galės savaičių savaites maitinti jūsų mobilųjį telefoną, nešiojamą ar kišeninį kompiuterį.

   "Mes siekiame sukurti tokius kuro elementus mobiliajam telefonui, kad jų energijos pakaktų ne mažiau kaip vienam mėnesiui", sako Hockaday, mokslinių tyrimų kompanijos Energy Related Devices įkūrėjas ir vienas iš pradininkų šioje mokslo srityje. Jis tikisi, jog pirmieji kompanijos gaminami kuro elementai pasirodys rinkoje maždaug po metų. Ir jis nėra vienintelis. Elektronikos milžinai Samsung, Toshiba ir Motorola taip pat paspartino veiklą tų savo programų, kuriomis siekiama tokio pat tikslo.

   Karštligiška skuba kilo todėl, kad tradiciniai mobiliųjų telefonų energijos šaltiniai - ličio jonų akumuliatoriai - pasižymi labai jų vartotojus erzinančiais trūkumais. Kiekvienas, turintis mobilųjį telefoną ar nešiojamąjį kompiuterį, žino, kad akumuliatoriai nusenka pačiu netinkamiausiu momentu ir kad po to tenka prietaisą kelias valandas laikyti įjungus į tinklą, kad šis vėl pradėtų veikti. Nešiojamųjų prietaisų galimybėms plečiantis, ta problema gali tiktai dar labiau paaštrėti.

Skystoji energija

   Miniatiūriniai kuro elementai galėtų geriausiai išspręsti šią problemą. Kaip ir visi kuro elementai, jie veikia, gamindami elektros energiją, išsiskiriančią vandeniliui jungiantis su deguonimi. Tačiau jų pirminis kuras nėra vandenilis. Vandenilį sunku saugoti ir gabenti, todėl jis nėra patogus kuras, o mobiliuose telefonuose, kurių svarbiausias privalumas yra nedidelis tūris, visai nepraktiškas.

   Tradiciškai ši problema yra sprendžiama vandenilio išskyrimui naudojant tokias medžiagas kaip metanolis. Bet šiuo atveju lieka dar nemažai sunkumų. "Reformuojančiajai" reakcijai, kurios metu metanolis ir vanduo virsta vandeniliu ir anglies dvideginiu, būtina atskira nemaža reakcijos kamera, tačiau ir joje reakcija vyksta, geriausiu atveju, esant 250 oC.

Miniatiūriniai kuro elementai, maitinami mažyčių ampulių su metanoliu, greitai pakeis jūsų telefono ir nešiojamo kompiuterio akumuliatorius.

   Pastaraisiais metais mokslininkams pavyko sukurti kuro elementų klasę, vadinamą tiesioginiais metanolio kuro elementais DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), kuriuose platininis katalizatorius padeda išskirti vandenilį iš metanolio jau kambario temperatūroje ir kuriems nereikia specialios kameros. Todėl DMFC yra laikomas tuo išradimu, kurio dėka bus galima pradėti gaminti miniatiūrinius kuro elementus.

   Šių metų pradžioje Miunchene įsikūrusi nauja kompanija Smart Fuel Cell (SFC) pademonstravo, jų teigimu, patį mažiausią pasaulyje tiesiogį metanolio kuro elementą. DMFC yra pusplytės dydžio ir sveria 2 kilogramus. Bandymų metu jis 8 valandas gamino 40 W elektros galią, tam sunaudodamas 175 ml ampulėje buvusį metanolį. Tokio elektros energijos kiekio pakanka, kad vienu metu veiktų nešiojamas kompiuteris, spausdintuvas ir mobilusis telefonas. Neseniai kompanija pranešė sukūrusi tokios pat galios dvigubai mažesnį ir dvigubai mažiau sveriantį elementą, o jo lauko bandymus ruošiamasi pradėti kitais metais. SFC technologijų kūrimo šefas Jensas Miuleris įsitikinęs, kad, pradėjus masinę kuro elementų gamybą, jų kaina neviršys panašaus dydžio ličio jonų akumuliatoriaus kainos.

   DMFC yra pranašesnė už ličio jonų akumuliatorius tuo, kad mobiliųjų prietaisų nebetenka dažnai ir ilgai įkrauti. Jeigu nešiojamame kompiuteryje ar mobiliajame telefone baigiasi energija, pakanka įstatyti naują metanolio ampulę ir jis veiks toliau. Kuro elementai leidžia išvengti ir kai kurių kitų ličio jonų akumuliatoriams būdingų trūkumų: jų galia neišsisklaido, kai prietaisas yra išjungtas, be to, jų efektyvumas nesumažėja laikui bėgant.

   Nežiūrint visų šių labai patrauklių savybių, miniatiūriniai kuro elementai dar negali pakeisti ličio akumuliatorių. Viena priežasčių yra ta, kad žmonės dar neturi garantijų, jog galės nesunkiai įsigyti metanolio ampulių. Įsivaizduokite situaciją: baigėsi kuras, o niekur aplinkui nematyti tiekėjo. Kol metanolio ampulės pasidarys taip lengvai prieinamos, kaip senieji AA tipo akumuliatoriai, turės praeiti dar daug laiko. O šiandien kiekvienas, kuris nutarė pradėti naudoti nešiojamąjį SFC kuro elementą, privalės užsisakyti metanolio ampulių siuntas paštu arba nuvykti į kompaniją. "Paskirstymas yra didelė kliūtis, bet mes ją įveiksime", sako Miuleris.

Mažesni ir pigesni

   Be jau minėtos, yra ir kitų kliūčių. Viena rimčiausių vis dar yra galios tankis - galia, kurią galima gauti iš šaltinio tūrio arba masės vieneto. Mobiliesiems prietaisams šis parametras labai svarbus, nes nuo to priklausys bendras daikto dydis ir svoris. Kuo didesnis yra galios tankis, tuo mažesnis ir lengvesnis bus prietaisas.

   "Nesu įsitikinęs, jog kuro elementai tiks šiandieniniams mobiliesiems telefonams", sako Londono Imperial College Energetinės politikos ir energijos gavimo technologijos centro vadovas Davidas Hartas. "Techniškai labai sunku pagaminti tokius mažus kuro elementus, kad jie tilptų į mobilųjį telefoną ir turėtų tokį pat galios tankį, kaip ir normalūs akumuliatoriai".

   Problema nėra vien tik galios tankis. Ličio jonų akumuliatorius gali pagaminti 150 vatvalandžių kiekvienam akumuliatoriaus masės kilogramui, tuo tarpu SFC kuro elementai gali ir 160. Tačiau prie elemento tūrio ir jo masės reikia pridėti ir kuro talpos tūrį bei masę, o todėl itin mažų komponentų, turinčių tokį pat galios tankį kaip ir akumuliatoriai, pagaminti nebepavyksta.

   Kitas sudėtingas klausimas yra kuro talpų kaina. Nors didmeninėje prekyboje metanolio kaina yra kokie 10 JAV centų už litrą, jis yra pavojingas, koroziją sukeliantis chemikalas, todėl nebus pigus jo saugojimas. Už 250 ml ampulę gali tekti mokėti apie 3 dolerius. Palyginus su telefono įkrovimo kaina, tai yra nemaža suma.

   DMFC elementams taip pat reikia deguonies, be to, jie gamina šilumą ir CO2, taigi, prireiks geros ventiliacijos. Bėda ta, kad mobilieji telefonai daug laiko būna įgrūsti į kelnių kišenes ar įvairius krepšius. "Tokia aplinka labai nepalanki prietaiso darbui", - sako Miuleris. Hockaday irgi sutinka, kad tai yra nemaža problema: "kuro elementai privalo kvėpuoti".

   Kita svarbi aplinkybė - elementai geriausiai veikia tuomet, kai juose esantis skystas kuras teka savaime. Be to, elementuose bus judančių dalių, kurias gali pažeisti stuktelėjimai ar smūgiai, o juos mobiliesiems telefonams dažnai tenka patirti. Negana to, Hartas yra įsitikinęs, kad miniatiūriniams kuro elementams teks patirti atkaklų ličio akumuliatorius gaminančių kompanijų pasipriešinimą. Akumuliatoriai vis tobulėja, o jų gamintojai yra labai suinteresuoti iš šios technologijos gauti kuo didesnės naudos ir tiktai tada pereiti prie kuro elementų.

   Problemos yra didelės, bet tikrai ne neįveikiamos. Hockaday jau dabar pasiruošęs atsakyti į kai kuriuos klausimus. Paskutinysis jo sukurtas DMFC yra kredito kortelės dydžio ir formos, o tai, jo nuomone, rodo, kad įmanoma padaryti ir tokius kuro elementus, kurie tilptų į mobilųjį telefoną. Jis tvirtina sugebėjęs atsisakyti bet kokių judančių dalių. Hockaday naudoja ampules, per kurių akytą paviršių metanolis difunduoja į elementą. Elemente pasigaminęs vanduo yra pašalinamas iš jo, pasitelkus kapiliarumo reiškinį. Tokį kuro elementą galima laikyti bet kokioje padėtyje ir jis veiks.

   Pirmąkart Hockaday ruošiasi pritaikyti savo naująją technologiją mobiliųjų telefonų pakrovikliuose, kuriuos bus galima prisitvirtinti prie diržo. "Tai bus hibridinė koncepcija", aiškina jis. "Jūs vis dar naudositės ličio akumuliatoriumi, kurį įdėjus į futliarą, jis bus nuolat kraunamas". Šio prietaiso prototipas, kurį išbandė Hockaday laboratorija, maitino mobilųjį telefoną ištisus šešis mėnesius be pertraukos.

Didesnės galios variantai

   Įtikinti gamintojus, kad pradėtų montuoti kuro elementus į mobiliuosius telefonus, gali būti sudėtinga, tuo tarpu kuro elementų taikymas nešiojamuose kompiuteriuose yra kur kas patrauklesnis. Nešiojamieji kompiuteriai jau spėjo pagarsėti neilga savo akumuliatorių darbo trukme, o naujausiems jų modeliams energijos reikia dar daugiau, nes juose yra ir bevielis Internetas, ir daug energijos suryjantys ryškesni spalviniai displėjai. Miuleris sako, kad kuro elementai galėtų bent penkis kartus pratęsti varganas dvi veiklos valandas, kurių galima tikėtis iš dabartinių akumuliatorių.

   SFC kuria nešiojamiems kompiuteriams hibridinę bateriją, kurioje bus ir kuro elementai. "Tarp kuro elemento ir nešiojamo kompiuterio yra daug bendro", - sako Miuleris. Pavyzdžiui, nešiojamuose kompiuteriuose greitai turėtų atsirasti aušinimo sistemos, nes išsiskirianti šiluma labai padidina kompiuterio suvartojamą galią. Tos sistemos galės aušinti ir kuro elementus, kurie gali įkaisti iki 70 oC.

   Bet, Harto nuomone, teks įveikti nemažai ne techninio pobūdžio barjerų. "Rimtu išbandymu realiame pasaulyje taps tai, ar jums bus leista pasiimti kuro elementus į lėktuvo saloną. Šiuo metu jokia oro linija nesutiks, kad į jų lėktuvus būtų įsinešama metanolio. Jeigu kompiuterio nebus galima įsinešti į lėktuvą, niekas jo nepirks".

   Miuleris sutinka su tuo, bet teigia, kad laikui bėgant pavyks susitarti. "Mes jau gavome oficialų Tarptautinės oro transporto asociacijos leidimą mūsų kapsulių pervežimui bagažo skyriuje, o dabar siekiame, kad būtų leista jas pasiimti ir į salonus". Jis pažymi, kad metanolis nėra degesnis už kai kuriuos kvepalus, žmonių perkamus oro uostų parduotuvėse, ir kad salone nedraudžiama turėti žiebtuvėlius.

   Visos šios kliūtys yra gana rimtos, tačiau noro jas įveikti irgi netrūksta. Ypač, kai kalbama apie trečiosios kartos mobiliuosius telefonus. Telekomo kompanijos investavo į 3G sistemas milžiniškas sumas. Šios sistemos jau pasirodė Japonijoje. Tiesa, čia jos buvo sutiktos be didesnio entuziazmo: svarbiausias trūkumas yra tas, kad, iki telefono akumuliatoriaus nusėdimo, vartotojas gali juo naudotis vos 20-40 minučių. Naujieji telefonai siuntinėja didelius duomenų kiekius beveik dešimtį kartų sparčiau už dabartinius telefonus. "Visi didieji Japonijos gamintojai, tarp kurių NEC, Sony ir Toshiba, 3G telefonams jau kuria kuro elementus", sako Hartas. Miniatiūriniai kuro elementai 3G telefonams galėtų būti pats tinkamiausias energijos šaltinis.


El. p.: info@elektronika.lt