De toekomst waarbij brandstofceltechnologie de energie levert voor elektronische toestellen komt naderbij. Vercshillende fabrikanten hebben prototypes ontwikkeld van compacte microbrandstofcellen met hoog vermogen voor gsm’s, gps’en of draagbare handhelds. Een overzicht.

De onverzadigbare behoefte aan meer energie en gebruikstijd voor handheld en draagbare elektronische toestellen vraagt om nieuwe oplossingen. De ’Portable Survey 2008’ van Fuel Cell Today en productaankondigingen van fabrikanten geven inzicht in de status van recente ontwikkelingen.

Op het vlak van lithium-ionbatterijen heeft Panasonic onlangs een batterij ontwikkeld met een energiedichtheid die bijna twee keer hoger is: 740 Wh/kg. Toch gaat men ervan uit dat de litiumbatterijtechnologie de limiet van haar mogelijkheden bereikt heeft om de nodige energie en gebruikstijd te leveren voor de nieuwe generatie elektronica. Het US Department of Energy wil tegen 2010 een brandstofcel ontwikkelen met minder dan 50 W, om een energiedichtheid van 1000 Wh/kg te bereiken, als energiebron voor consumentenelektronica.

Microbrandstofcellen gebaseerd op de technologie van Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) of Direct Hydrogen Fuel Cells (DHFC) vormen de beste alternatieven. Het grote voordeel van brandstofcellen is dat ze, in tegenstelling tot batterijen, continu voor energie kunnen zorgen zolang een brandstofbron is voorzien. Microbrandstofcellen bieden aanzienlijke operationele voordelen tegen een competitieve prijs en binnen de vereiste parameters inzake duurzaamheid. Ook de regelgeving omtrent het gebruik in vliegtuigen bracht in 2007 microbrandstofcellen een stap dichter bij de markt.

DMFC
Het tot nu toe meestbelovende alternatief is de technologie van Direct Methanol Fuel Cells (DMFC). De grote uitdagingen voor DMFC’s situeren zich op het vlak van kosten, vermogensdichtheid, levensduur en betrouwbaarheid. Deze zijn verbonden aan problemen als systeemcomplexiteit, relatief hoog katalysatorgewicht, brandstofgebruik door het doordringen van de methanol door het membraan en het feit dat de cellen koolstofdioxide en kleine hoeveelheden methanol uitstoten.

Deze problemen vereisen weliswaar een oplossing, maar toch zijn al aanzienlijke vorderingen gemaakt inzake commercialisering door bedrijven als MTI Micro Fuel Cells, Toshiba, Hitachi, LG Chem en Neah Power Systems. Zo’n twintig bedrijven zoeken momenteel het potentieel van deze technologie uit als alternatieve energiebron voor de toekomst in handheld en draagbare elektronica. PolyFuel, een ontwikkelaar van geavanceerde membranen voor DMFC’s, bevestigde dat de commercialisering van DMFC-producten die batterijen kunnen vervangen al kan beginnen in 2008-2009.

Een DMFC-schakeling is in ontwikkeling, opgebouwd uit het koolwaterstofmembraan van PolyFuel, met een energiedichtheid van 500 W/l. Vandaag echter zijn geen concrete toepassingen voorhanden, op enkele militaire applicaties na.
 

DHFC
Hoewel nog niet vaak voor elektronica gebruikt, vormen Direct Hydrogen Fuel Cells (DHFC) een alternatief voor DMFC’s. Recente ontwikkelingen in de opslag van zowel metaal- en chemische hydriden, naast vooruitgang in de DHFC-schakeltechnologie zelf, verhogen het potentieel om een alternatief te bieden voor Li-ionbatterijen. Angstrom, een Canadees bedrijf, heeft al demonstratieproducten klaar met micro-DHFC-technologie. Het heeft connecties met Motorola en Heliocentris om zijn technologie op de markt te helpen brengen. Verder werkt het bedrijf mee aan de goedkeuring van waterstof als brandstof aan boord voor vliegtuigen (vermoedelijk in de loop van 2009).

Op het vlak van schakeling van chemische hydriden heeft het Amerikaanse Millennium Cell Inc. een directe applicatie van zijn waterstofopslagtechnologie in waterstofbatterijen. Ook de Australische firma Oreion evalueert onder meer DHFC als brandstofcelgerelateerde technologie.

Door de aanslepende zoektocht naar echte commerciële toepassingen voor DMFC-technologie in het microbereik wordt DHFC steeds interessanter als mogelijk alternatief. DHFC beschikt over enkele belangrijke voordelen tegenover DMFC. Zo is de efficiëntie in energieconversie hoger en ligt het verbruik van dure metalen katalysatoren veel lager, wat leidt tot hogere energiedichtheid en lagere materiaalkosten. Bovendien zijn DHFC’s in staat tot bijna volledig verbruik van brandstof met een in essentie passieve werking, waardoor de behoefte aan micromechanismen en sensoren, die de kosten verhogen, worden vermeden, zo ook volume en complexiteit, die op hun beurt een negatieve impact kunnen hebben op duurzaamheid en betrouwbaarheid.
 

Recente prototypes

• Tijdens het congres Small Fuel Cells 2008 presenteerde Sony zijn prototype, met een kader van slechts 50 x 30 mm. De cel gebruikt methanol als voornaamste brandstof en gebruikt een regelaar of pomp om de brandstoftoevoer te beheren, wat het tot een actief brandstofcelsysteem maakt. Ondanks de afhankelijkheid van methanol gaat het om een hybride ontwerp dat uitgerust is met een Li-ion-hulpbatterij, DMFC-array en controlecircuit. Het prototype kan overweg met de stijgende piekkrachten van mobiele toestellen, met een maximale directe output van 3 W. De brandstofcel zou energie kunnen leveren om een 1-seg TV (Japanse technologie voor televisie per mobiele telefoon), dit met slechts 10 ml methanol.

• MTI Micro Fuel Cells heeft een prototype voor een ingebouwde microbrandstofcel ontworpen voor handheld gps-toestellen. Dit prototype zou drie keer zoveel energie leveren dan vier wegwerp-AA-batterijen. Op een model met een groot kleurenscherm kan de cel tot 60 uur aan continue stroom leveren en kan weken in plaats van dagen meegaan. Het prototype omvat een USB-interface die toelaat dat het toestel ook als onafhankelijke energiebron wordt gebruikt voor meerdere doeleinden: opladen van gsm’s, digitale camera’s, draagbare mediaspelers… Het prototype kan onmiddellijk herladen worden door methanol bij te vullen. De doelgroep bestaat onder meer uit kampeerders, reizigers, zeilers, piloten…
   

Bronnen
www.fuelcelltoday.com
www.pcmag.com
www.fuelcelltoday.com
www.mtimicrofuelcells.com

Dit artikel is reeds verschenen op Agoria Online (members only) en Techniline, de portaalsite van de technologische innovatie van Sirris. Abonneer u op Techniline indien u alle artikels wenst te volgen.