Китайские учёные создали ядерную батарею, которая может вырабатывать энергию до 50 лет без подзарядки. Технология, которая содержит радиоактивный изотоп или версию никеля в качестве источника питания, будет первой в своём роде, доступной для широкой покупки, сообщили представители BetaVolt 8 января в своём заявлении.
Новая батарея, получившая название «BV100», меньше монеты размером 0,6 x 0,6 x 0,2 дюйма (15 x 15 x 5 миллиметров) и вырабатывает 100 микроватт энергии. По словам представителей компании, если эти аккумуляторы будут одобрены для использования в таких устройствах, как смартфоны, будущие поколения аккумуляторов в конечном итоге избавят от необходимости их когда-либо заряжать.
Но Хуан Клаудио Нино (Juan Claudio Nino), специалист по материаловедению из Университета Флориды, настроен скептически. Его размер означает, что он содержит относительно мало радиоизотопов и вырабатывает всего 0,01% необходимой электроэнергии.
«Конечно, это в пределах досягаемости кардиостимулятора или, возможно, пассивного беспроводного датчика. Но в его нынешнем виде ему просто не хватит мощности для работы мобильного телефона», — сказал он.
Нино рассказал Live Science, что ядерные батареи — это хорошо зарекомендовавшая себя технология. Впервые разработанные в начале 1950-х годов, эти устройства используют энергию, выделяющуюся при распаде радиоактивных изотопов на другие элементы. Пока радиоактивный элемент распадается, аккумулятор будет продолжать вырабатывать энергию. Это означает, что ядерные батареи обычно имеют десятилетний срок службы и обычно используются для питания космических кораблей или автоматизированных научных станций, где оборудование может годами оставаться без присмотра. Они также используются в кардиостимуляторах.
Батарея BetaVolt в качестве радиоактивного источника использует никель-63, который, как объяснил Нино, распадается по бета-пути на медь.
«Проще говоря, у вас есть нейтрон (нейтральная субатомная частица), который превращается в протон (положительная субатомная частица), испуская электрон. Если вы можете что-то сделать с этим электроном, то это источник электричества», — сказал он.
BV100 использует полупроводниковый слой для захвата этих электронов и организованного прохождения их через батарею.
«Полупроводник находится между проводником, таким как металл, и изолятором, таким как резина. Электроны могут двигаться, только если у них достаточно энергии, чтобы мы могли контролировать их перемещение», — сказал Нино.
Батарея BetaVolt состоит из радиоактивного никеля, заключённого между двумя ультратонкими пластинами из алмаза, особенно эффективного полупроводникового материала, преобразующего электроны, выделяющиеся при радиоактивном распаде, в полезный электрический ток.
Эти радиоизотопы не представляют особой опасности, например, при использовании в космосе, но для обеспечения безопасности их необходимо экранировать материалами, способными поглощать вредное излучение, если они будут использоваться в таких устройствах, как кардиостимуляторы или будущие смартфоны.
«Экранирование в этом случае имеет решающее значение, ведь вы ж не хотите, чтобы что-то радиоактивное навредило телу», — сказал Нино.
Радиационная защита, часто изготавливаемая из таких материалов, как свинец или вольфрам, обычно встроена в конструкцию аккумулятора, но Нино предупредил, что важно правильно подобрать тип и степень защиты в соответствии с используемым радиоактивным элементом. Тем временем, если вам нужно больше энергии, вы просто добавляете более высокую концентрацию радиоактивного источника, но тогда вам нужна и дополнительная защита. По словам Нино, это может стать непрактичным, если всё большую часть устройства будет занимать экранирование.
Однако, несмотря на необходимость в мощном экранировании, ядерные аккумуляторы могут похвастаться гораздо более высокой плотностью энергии, чем обычные литий-ионные аккумуляторы — по данным BetaVolt, в десять раз большей.
Проблема получения максимальной мощности от одного аккумулятора по-прежнему остаётся областью исследований, и на данный момент BetaVolt планирует выпустить аккумулятор мощностью 1 Вт уже в 2025 году, что намного ближе к 2-6 Вт, требуемым для стандартного мобильного телефона. Тем временем компания предложила объединить свои батареи параллельно, чтобы увеличить мощность, подаваемую на устройство.
Компания также планирует исследовать использование различных ядерных изотопов в будущих версиях своей ядерной батареи, включая стронций-90, прометий-147 и дейтерий, срок службы которых в устройстве может составлять от 2-х до 30 лет.
