Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Учёные предполагают, что радиоуглерод может питать крошечные ядерные батареи, способные работать десятилетиями без подзарядки.
Литий-ионные (Li-ion) батареи, используемые в таких устройствах, как сотовые телефоны и электромобили (EV), обычно работают всего несколько часов или дней до подзарядки.
Со временем и при постоянном использовании они деградируют и требуют более частой зарядки, что стимулирует поиск инновационных решений для продления срока службы батарей и уменьшения неудобств, связанных с постоянной подзарядкой.
Для решения этой проблемы исследователи из Тэгу-Кёнбукского института науки и технологий (DGIST) в Южной Корее разработали прототип ядерной батареи, использующей радиоуглерод – радиоактивный изотоп углерода – которая может питать небольшие устройства десятилетиями без подзарядки, предлагая более безопасную и долговечную альтернативу литий-ионным батареям.
Су-Иль Ин, доктор философии, профессор DGIST и член Королевского химического общества, утверждает, что частая подзарядка не только неудобна, но и ограничивает эффективность таких устройств, как дроны и удалённые датчики, а также наносит вред окружающей среде.
Однако, учитывая растущий спрос на долговечные батареи, он и команда переключили своё внимание на разработку ядерных батарей в качестве альтернативы литию.
Ядерная батарея на радиоуглероде
Хотя ядерные батареи генерируют энергию, используя высокоэнергетические частицы от радиоактивных материалов, не все радиоактивные элементы излучают вредную радиацию.
Некоторые виды излучения, как бета-частицы, могут быть безопасно блокированы тонким листом алюминия, что делает бетавольтаику перспективным и безопасным вариантом для ядерных батарей.
В интервью Ин объяснил научную основу концепции и рассказал, что радиоуглерод, побочный продукт атомных электростанций, недорог, широко доступен, легко перерабатывается и теоретически может питать батарею тысячелетиями, поскольку он медленно распадается.
«Я считаю, что ядерные батареи – одно из немногих действительно долгосрочных решений проблемы растущего спроса на энергию и деградации окружающей среды», – сказал Ин. «Радиоуглерод с его длительным периодом полураспада в 5730 лет и доступностью в качестве побочного продукта ядерных отходов выделяется, как идеальный источник энергии для безопасной и долговечной энергии».
Поскольку типичная бетавольтаическая батарея генерирует электричество, когда электроны ударяют по полупроводнику, Ин и его команда повысили эффективность новой конструкции, используя полупроводник на основе диоксида титана – обычно используемый в солнечных элементах – сенсибилизированный красителем на основе рутения.
Обработка лимонной кислотой помогает укрепить связь между диоксидом титана и красителем, позволяя бета-лучам от радиоуглерода запускать электронную лавину, которая проходит через краситель и эффективно захватывается диоксидом титана.
Новая батарея включает радиоуглерод как в сенсибилизированный красителем анод, так и в катод, увеличивая генерацию бета-лучей и уменьшая потери энергии между двумя электродами.
Испытания показали значительное увеличение эффективности преобразования энергии с 0,48% до 2,86% по сравнению с более ранними конструкциями, в которых радиоуглерод использовался только на катоде.
«Когда радиоуглерод подвергается бета-распаду, он испускает бета-частицы», – говорит Ин. «Эти бета-электроны возбуждают материал красителя внутри батареи, который затем генерирует дополнительные электроны, производя электричество».
Будущий потенциал ядерной батареи
Ин подчёркивает, батарея не требует подзарядки и что алюминиевое экранирование обеспечивает нулевое радиационное воздействие на пользователей.
«Они чрезвычайно стабильны, безопасны от возгорания или взрыва и надёжно работают в суровых условиях, будь то жара или холод. Это делает их идеальными батареями для использования в удалённых датчиках, космическом оборудовании или медицинских устройствах».
Долговечный потенциал может сделать ядерные батареи идеальными для многих применений, например, питания кардиостимулятора на протяжении всей жизни без необходимости хирургической замены.
Ещё одним положительным аспектом, по словам Ина, является их экологичность – в отличие от литий-ионных батарей, которые создают проблемы при добыче и утилизации, радиоуглеродные батареи предлагают более чистую альтернативу.
Ин отмечает, что эта бетавольтаическая конструкция в настоящее время преобразует лишь небольшую часть радиоактивного распада в электричество, указывая на то, что совершенствование формы излучателя бета-лучей и улучшение поглотителей бета-лучей может повысить производительность и выходную мощность.
«Тщательно выбирая изотоп и оптимизируя конструкцию батареи, мы можем адаптировать устройство для соответствия требуемому сроку службы для конкретных применений – от нескольких лет до десятилетий», – заключает Ин.
«По мере роста спроса на беспроводную энергию с развитием искусственного интеллекта, электромобилей и интеллектуальной робототехники мы должны выбирать между продолжением нанесения вреда окружающей среде или внедрением более безопасных и устойчивых технологий ядерных батарей, выбор за нами».
Поделись видео:
