Исследователи из южнокорейского Института науки и технологий Тэгу-Кенбук (Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology) разработали новый тип ядерной батареи, способной преобразовывать излучение непосредственно в электричество на протяжении десятилетий. При этом создатели утверждают, что их устройство лишено рисков, обычно связываемых с ядерными технологиями.
Новый элемент питания, названный «бетавольтаической ячейкой, сенсибилизированной красителем», использует для генерации тока бета-частицы, представляющие собой высокоэнергетические электроны. Источником этих частиц служит радиоактивный изотоп углерод-14. Когда бета-частицы попадают на полупроводник из диоксида титана, покрытый специальным красителем на основе рутения, они выбивают электроны из красителя, создавая электрический ток.
Углерод-14 имеет период полураспада около 5730 лет. Теоретически это означает, что батарея могла бы сохранять половину своей первоначальной мощности даже спустя почти шесть тысячелетий. Однако на практике срок службы будет ограничен деградацией материалов, из которых изготовлена батарея, поэтому реальная выходная мощность со временем снизится значительно раньше.
Прототип батареи демонстрирует удельную мощность 20,75 нановатт на квадратный сантиметр на милликюри при эффективности 2,86%. Говоря проще, это очень малая мощность. Элемент размером примерно с таблетку аспирина вырабатывает лишь около 0,4% энергии, необходимой для работы простейшего карманного калькулятора. Чтобы запустить калькулятор, потребовалось бы около 240 таких батарей.
Тем не менее, генерируемой энергии достаточно для питания маломощных устройств, таких как схемы кардиостимуляторов или удаленные датчики для мониторинга окружающей среды и сбора данных. Батарея также может обеспечивать энергией RFID-метки, микрочипы или использоваться для медленной зарядки конденсаторов в устройствах, которым периодически требуется кратковременный всплеск энергии. Существует множество технологий со сверхнизким энергопотреблением, для которых такой источник питания подходит идеально, и разработка находится еще на ранней стадии.
Несмотря на опасения, которые может вызывать слово «ядерный», разработчики заявляют о безопасности своей конструкции. Бета-частицы, испускаемые углеродом-14, присутствуют повсеместно, в том числе естественным образом в организме человека. Для экранирования такого излучения достаточно тонкого слоя алюминиевой фольги. Указывается, что твердотельная конструкция без легковоспламеняющихся материалов может сделать такие батареи даже безопаснее литий-ионных аккумуляторов, склонных к перегреву, возгоранию и взрыву.
Идея атомных батарей не нова. Первая радиоизотопная батарея была создана еще в 1954 году Комиссией по атомной энергии США. Она использовала стронций-90 и преобразовывала энергию бета-частиц в электричество по схожему принципу. В 1960-х годах радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) начали применяться в космосе, например, на американском навигационном спутнике Transit 4A, предшественнике системы GPS. В них использовались альфа-излучающие изотопы, такие как плутоний-238, который мощнее, но относительно безопасен при должном экранировании.
В недавнее время о своих разработках заявили и другие компании. Например, Betavolt анонсировала 3-вольтовую алмазную ядерную батарею на основе никеля-63, способную питать устройство в течение 50 лет. Компания Arkenlight уже несколько лет работает над созданием атомных батарей на основе алмазов с углеродом-14. Подробности этой технологии можно найти в интервью New Atlas с представителем Arkenlight Морганом Бордманом.
Хотя сама технология атомных батарей существует давно, последние достижения в материаловедении, повышение эффективности и безопасности открывают путь к их практическому применению в повседневных устройствах, не требуя при этом строительства ядерных реакторов.
+ There are no comments
Add yours