В Китае изобрели ядерную мини-батарейку: сможет ли питать смартфон 50 лет без зарядки

Недавно в Китае стартап BetaVolt заявил о создании ядерной батареи размером с монету, которая может прослужить 50 лет. Издание Wired выяснило, реальна ли эта технология и может ли питать современную электронику.

Может ли BetaVolt проработать 50 лет?

Все батареи делают одно и то же: они производят электрический ток для выполнения определенной работы. Но энергия не бесплатна, она каким-то образом добывается, а затем тратится, например, если на телефоне включить музыку или просто звонить.

В старых добрых пальчиковых батарейках происходит химическая реакция, производящая ток, но она не длится вечно и прекращается, когда исчерпает свой ресурс. В ядерной батарее источником энергии является кусок радиоактивного материала, и он будет продолжать работать, пока сохраняется эта радиоактивность — не вечно, но очень долго.

BetaVolt представляет собой 3-вольтовую батарею на основе радиоактивного изотопа никеля-63 с заявленной выходной мощностью 100 микроватт. Ее размер составляет 15x15x5 кубических миллиметров, то есть поместится на монете. Она использует технологию под названием бета-электрическая генерация. Вместо использования тепловой энергии она захватывает выброшенные электроны, известные как бета-частицы, из радиоактивного изотопа никеля, образуя электрическую цепь. Батарея состоит из нескольких слоев никеля, зажатых между пластинами алмаза, которые служат полупроводником. Батарея BetaVolt содержит небольшое количество радиоактивного материала и, вероятно, имеет некоторую встроенную защиту, чтобы ее было безопасно использовать рядом с людьми.

Зная мощность и напряжение, достаточно легко рассчитать силу тока — 0,000033 ампера. Это совсем мало, самодельная батарейка из монет будет работать эффективнее. Однако нужно помнить, что электрический ток — это всего лишь поток электронов от распада атомов никеля. Скорость этого потока измеряется в амперах: 1 ампер = 6,24 х 10 в 18 степени электронов, проходящих через определенную точку в секунду. В этом случае 0,000033 ампера будут означать 2,08 x 10 в 14 степени электронов в секунду.

Это означает, что нужно каждую секунду превращать 2,08 x 10 в 14 степени атомов никеля в медь, чтобы произвести такой ток. Чтобы использовать его в течение 50 лет, нужно израсходовать 34,3 грамма никеля-63 или 3,8 см квадратных, что примерно соответствует размеру кубика сахара. Однако нельзя поддерживать постоянный уровень тока, потому что скорость распада снижается со временем вместе со скоростью производства энергии. В итоге ядерная батарея вполне может прослужить 50 лет, но не сможет дать много энергии и будет слабеть, пока полностью не "разрядится".

Сможет ли ядерная батарея питать смартфон?

Предположим, нужно сделать гаджет со сроком службы 10 лет. Проблема в том, что смартфону требуется мощность электроэнергии более 100 микроватт. Литий-ионный аккумулятор iPhone 13 имеет емкость 3240 мАч (миллиампер-часов). Это означает, что он может производить мощность 3,24 А в течение одного часа. Для одного заряда батареи требуется перегнать 2,08 х 10 в 19 степени электронов, и столько же "убежит" при разрядке. Тут неважно, потратить все количество энергии за пару часов или растянуть на пару дней, поэтому гаджет может лежать в кармане и почти не разряжаться.

Совершенно другая ситуация с ядерной батареей. В случае BetaVolt скорость тока определяется не интенсивностью работы, а только скоростью распада никеля-63. Другими словами, батарея всегда включена и работает на полную мощность, и важно, чтобы этой мощности хватало на выполнение всех задач.

Смартфон в среднем потребляют ток от 0,5 до 2 А, независимо от нагрузки. Допустим, для него нужна ядерная батарея, которая обеспечит 1,5 А в течение 10 лет для видеоигры — для этого потребуется около 309 килограммов никеля-63. Wired отметила, что батарея будет весить, как самка яка. На самом деле вес должен быть еще больше, если учесть снижение скорости распада. Возможно, если отказаться от сложных задач и оставить только базовые, такие как звонки и SMS, хватит батареи весом с козла. В 2025 году стартап планирует выпустить батарею мощностью 1 Вт, но вряд ли это существенно изменит ситуацию.

"Итак, ядерные батареи реальны, и они служат целую вечность. Но если телефоны не станут более эффективными, эти батареи не появятся в новейших смартфонах. И в целом они не совсем подходят для приложений с переменным энергопотреблением. Но я уверен, что они найдут специализированные варианты использования, требующие длительного срока службы и низкого энергопотребления — может быть, такие вещи, как удаленные датчики", — подытожил автор статьи Ретт Аллен.

Ученые продолжают экспериментировать с источниками энергии для электронных устройств. Недавно в Китае представили гибкую батарею из кальция, которая отличается дешевизной.