MODELE ROBOTÓW

Robot mobilny zasilany ogniwami paliwowymi - RATLER

Robot RATLER (z ang. Robotic All Terrain Lunar Exploration Rover) został zaprojektowany i zbudowany przez specjalistów z amerykańskiego centrum Sandia National Laboratories' Intelligent Systems and Robotics Center (ISRC).

RATLER pierwotnie miał służyć jako pojazd do misji eksploracyjnych na Księżycu. Obecnie pojazd ten jest używany w trakcie misji szpiegowskich, do kontroli danego obszaru, detekcji różnorodnych substancji chemicznych oraz w misjach poszukiwawczych i ratowniczych.

Istnieje kilka rodzajów RATLERÓW różniących się między sobą wielkością. Najmniejszy ma 20 cm długości, największy prawie 1 m. Pojazdy te są lekkie, zwrotne i mogą przemierzać duże odległości. Ze względu na swoje szerokie zastosowania, pojazdy RATLER posiadają szczególne wymagania dotyczące układu zasilania. Najnowsza wersja jest napędzana systemem ogniw paliwowych, co czyni RATLERy jednymi z pierwszych robotów mobilnych zasilanych w tej technologii.

Tradycyjne konstrukcje pojazdów RATLER były wyposażone w baterie, które charakteryzowały się dużymi gabarytami, dużą masa i ograniczeniami pojemnościowymi. Inżynierowie z laboratoriów Sandia postanowili zastąpić dotychczasowe baterie nowoczesnym układem ogniw paliwowych. Układ taki zajmuje tyle samo miejsca co baterie, jest doskonałym źródłem energii dla urządzeń mobilnych, jest bardziej niezawodny i ma dłuższy czas działania (w porównaniu do baterii o tej samej masie), wydziela mniej ciepła (przez co jest mniej widoczny w trakcie misji wojskowych), jest bezpieczny oraz charakteryzuje się akceptowalnymi kosztami cyklu życia.

Ogniwa paliwowe są najbardziej wydajnymi ze wszystkich znanych przetworników energii. Są to urządzenia elektrochemiczne konwertujące energię paliwa bezpośrednio na energię elektryczną, działające w systemie ciągłym. Ogniwo paliwowe zbudowane jest z dwóch elektrod: anody i katody. Elektrody odseparowane są poprzez elektrolit występujący w formie płynnej lub jako ciało stałe. Elektrolit umożliwia przepływ kationów, natomiast uniemożliwia przepływ elektronów.

Reakcja chemiczna zachodząca w ogniwie polega na rozbiciu wodoru na proton i elektron na anodzie, a następnie na połączeniu substratów reakcji na katodzie. Procesom elektrochemicznym towarzyszy przepływ elektronu od anody do katody z pominięciem nieprzepuszczalnej membrany. W wyniku elektrochemicznej reakcji wodoru i tlenu powstaje prąd elektryczny, woda i ciepło. W wyniku reakcji nie powstaje płomień ani zanieczyszczenia, typowe dla zwykłych układów spalających paliwo.

W pojazdach RATLER do napędu użyto ogniw paliwowych typu PEM (ang. Proton Exchange Membrane). Ogniwa paliwowe PEM zasilane są czystym wodorem lub reformatem. Membraną ogniwa PEM jest materiał polimerowy np. nafion. Charakterystyczną cechą ogniw PEM jest duża sprawność w produkcji energii elektrycznej - do 65% oraz mała ilość wydzielanego ciepła. Niewątpliwą zaletą ogniwa PEM jest dobra nadążność ogniwa w systemach poddawanych zmiennym obciążeniom oraz krótki czas rozruchu. Cechy te wynikają z niskiej temperatury reakcji zachodzącej w ogniwie - 60 do 100 stopni Celsjusza .

Źródło: Sandia National Laboratories' Intelligent Systems and Robotics Center

Strona Sandia National Laboratories