Прослужать усе життя: вчені створюють безпечні ядерні батареї на заміну літієвим

Група дослідників з Інституту науки і технологій Тегу Кенбук у Південній Кореї створила прототип ядерної батареї, який розглядають як довговічнішу альтернативу традиційним літій-іонним акумуляторам. Про це пише портал Tech Xplore.

Більшість сучасних пристроїв, від смартфонів до електромобілів, працюють на літій-іонних батареях, зарядки яких вистачає на кілька годин або днів. При повторному використанні ці батареї деградують і їх потрібно заряджати частіше.

Традиційні акумулятори також шкідливі для довкілля: видобуток літію є енергомістким, а неправильна утилізація літій-іонних батарей забруднює природу. При цьому розвиток електроніки, центрів обробки даних та інших технологій збільшує попит на довговічні батареї, зокрема на ядерні.

"Продуктивність літій-іонних батарей майже досягла межі", — зазначив професор Су-іль Ін з Інституту науки і технологій Тегу Кенбук.

Як альтернативу вчені розглядають невеликі ядерні батареї на основі радіовуглецю, які могли б працювати без підзарядки десятиліттями і довше. Свої напрацювання в цій галузі професор Су-іль Ін представив на конференції Американського хімічного товариства (ACS).

Ядерні батареї генерують енергію, використовуючи високоенергетичні частинки, що випускаються радіоактивними матеріалами. Як пояснюють у виданні, не всі радіоактивні елементи випускають випромінювання, шкідливе для живих організмів. Наприклад, бета-частинки можна екранувати тонким листом алюмінію, що робить їх потенційно безпечним вибором для ядерних батарей.

Так, учені створили прототип бета-вольтаїчної батареї з вуглецем-14, нестабільною та радіоактивною формою вуглецю, яка називається радіовуглецем. Радіоактивний ізотоп вуглецю генерує тільки бета-промені і розкладається дуже повільно, тому батарея на його основі теоретично може прослужити тисячоліття. Цей матеріал легко переробляється, а також недорогий, легкодоступний, оскільки є побічним продуктом роботи атомних електростанцій.

Щоб поліпшити ефективність перетворення енергії у своїй новій конструкції, Ін і його команда використовували напівпровідник на основі діоксиду титану, матеріал, який зазвичай використовують у сонячних батареях, сенсибілізований барвником на основі рутенію. Порівняно з попередньою конструкцією, ефективність перетворення енергії нової ядерної батареї зросла з 0,48% до 2,86%.

За словами дослідників, ядерні батареї мають великий потенціал для застосування в житті. Приміром, кардіостимулятор із таким акумулятором працюватиме все життя людини, що унеможливить необхідність у його хірургічній заміні.

У виданні наголосили, що нова бета-вольтаїчна конструкція перетворила лише малу частину радіоактивного розпаду на електричну енергію, що призводить до нижчої продуктивності порівняно зі звичайними літій-іонними батареями. Очікується, що оптимізація форми бета-випромінювача і розробка ефективніших поглиначів бета-променів можуть підвищити продуктивність батареї і збільшити вироблення електроенергії.

Нагадаємо, дослідники з Китаю розробили новий кристалічний матеріал під назвою оксид вольфраму ніобію (NbWO), який дав змогу прискорити час заряджання акумулятора, не жертвуючи водночас енергетичною місткістю або терміном служби.