Прослужат всю жизнь: ученые создают безопасные ядерные батареи на замену литиевым

Группа исследователей из Института науки и технологий Тэгу Кенбук в Южной Корее создала прототип ядерной батареи, который рассматривается как более долговечная альтернатива традиционным литий-ионным аккумуляторам. Об этом пишет портал Tech Xplore.

Большинство современных устройств, от смартфонов до электромобилей, работают на литий-ионных батареях, зарядки которых хватает на несколько часов или дней. При повторном использовании эти батареи деградируют и их нужно заряжать чаще.

Традиционные аккумуляторы также вредны для окружающей среды: добыча лития является энергоемкой, а неправильная утилизация литий-ионных батарей загрязняет природу. При этом развитие электроники, центров обработки данных и других технологий увеличивает спрос на долговечные батареи, в частности на ядерные.

"Производительность литий-ионных батарей почти достигла предела", — отметил профессор Су-иль Ин из Института науки и технологий Тэгу Кенбук.

В качестве альтернативы ученые рассматривают небольшие ядерные батареи на основе радиоуглерода, которые могли бы работать без подзарядки десятилетиями и дольше. Свои наработки в этой области профессор Су-иль Ин представил на конференции Американского химического общества (ACS).

Ядерные батареи генерируют энергию, используя высокоэнергетические частицы, испускаемые радиоактивными материалами. Как объясняют в издании, не все радиоактивные элементы испускают излучение, которое вредно для живых организмов. К примеру, бета-частицы можно экранировать тонким листом алюминия, что делает их потенциально безопасным выбором для ядерных батарей.

Так, ученые создали прототип бета-вольтаической батареи с углеродом-14, нестабильной и радиоактивной формой углерода, называемой радиоуглеродом. Радиоактивный изотоп углерода, генерирует только бета-лучи и разлагается очень медленно, поэтому батарея на его основе теоретически может прослужить тысячелетия. Этот материал легко перерабатывается, а также недорог, легкодоступен, так как является побочным продуктом работы атомных электростанций.

Чтобы улучшить эффективность преобразования энергии в своей новой конструкции, Ин и его команда использовали полупроводник на основе диоксида титана, материал, обычно используемый в солнечных батареях, сенсибилизированный красителем на основе рутения. По сравнению с предыдущей конструкцией, эффективность преобразования энергии новой ядерной батареи выросла с 0,48% до 2,86%.

По словам исследователей, ядерные батареи имеют большой потенциал для применения в жизни. К примеру, кардиостимулятор с таким аккумулятором будет работать всю жизнь человека, что исключит необходимость в его хирургической замене.

В издании подчеркнули, что новая бета-вольтаическая конструкция преобразовала лишь малую часть радиоактивного распада в электрическую энергию, приводя к более низкой производительности по сравнению с обычными литий-ионными батареями. Ожидается, что оптимизация формы бета-излучателя и разработка более эффективных поглотителей бета-лучей могут повысить производительность батареи и увеличить выработку электроэнергии.

Напомним, исследователи из Китая разработали новый кристаллический материал под названием оксид вольфрама ниобия (NbWO), который позволил ускорить время зарядки аккумулятора, не жертвуя при этом энергетической емкостью или сроком службы.