Довгі роки без необхідності підзарядки: чи зможуть китайські мікроядерні батареї стати альтернативою літій-іонним?

Радіоактивний америцій може забезпечувати енергію протягом більше ніж 7000 років, але для функціонування складних пристроїв однієї батарейки недостатньо.

Група китайських учених представила мініатюрну ядерну батарею, яка може десятиліттями працювати без підзарядки. Статтю про дослідження вони опублікували в журналі Natural.

Літій-іонні акумулятори є основою сучасних технологій, забезпечуючи енергією все – від електричних автомобілів до смартфонів. Однак навіть найвищої якості акумулятори втрачають свою ефективність після кількох сотень, а в найкращому випадку – тисячі циклів перезарядки. Вчені представили нову альтернативу, яка має потенціал живити пристрої протягом десятиліть.

Мікроядерна батарея виготовляється з америцію, штучно створеного радіоактивного елемента, який утворюється внаслідок поділу урану та плутонію в ядерних реакторах. Зазвичай цю речовину сприймають як небезпечні відходи. Проте науковці знайшли спосіб використати енергію, що вивільняється під час радіоактивного розпаду – природного процесу, коли нестабільні радіоізотопи розпадаються на менші, більш стабільні атоми, супроводжуючи це випромінюванням енергії.

Коли атоми америцію проходять через процес радіоактивного розпаду, вони вивільняють альфа-частинки, які мають значну енергетичну потужність. Проте ці частинки швидко втрачають свою енергію, взаємодіючи з оточуючими матеріалами. Для того щоб зберегти енергію, науковці вирішили помістити америцій у полімерну матрицю.

Енергія альфа-частинок перетворила америцій на світний кристал, який потім прикріпили до фотогальванічного елемента. Останній перетворив світло на електрику. Усю цю установку помістили в кварцову комірку, а потім тестували понад 200 годин.

"Пристрій забезпечував стабільну подачу електроенергії при відносно високій енергії з безпрецедентною ефективністю -- і для його роботи була потрібна лише мінімальна кількість радіоактивного матеріалу", -- розповів Шуао Ван, професор Університету Сучжоу і один з авторів дослідження.

Якщо звичайні батареї деградують з кожним циклом перезаряджання, то термін служби ядерної батареї залежить від періоду напіврозпаду радіоактивного матеріалу. У цьому випадку він становить 7380 років, тому батарею навряд чи знадобиться перезарядити навіть у далекому майбутньому. З іншого боку, конструкція не зможе прослужити весь цей термін, адже компоненти, як-от полімер і фотоелектричний елемент, з часом деградуватимуть через вплив радіації. На думку фізиків, батарея прослужить кілька десятків років, що вже набагато краще порівняно з літій-іонними комірками.

Великим недоліком технології є вихідна потужність. Знадобиться близько 40 мільярдів таких батарейок, щоб запалити звичайну 60-ватну лампочку.

"Нашою метою є створення мікроядерної батареї, яка зможе забезпечувати енергією компактні датчики в важкодоступних або екстремальних умовах, де використання звичайних джерел живлення є недоцільним. Це, наприклад, стосується дослідження океанських глибин, космічних експедицій або станцій, що здійснюють віддалений моніторинг," – зазначив Ван у розмові з New Scientist.

Раніше повідомлялося, що в Сполучених Штатах розробили атомну батарею, яка може функціонувати протягом століття. Ця батарея продемонструвала ефективність перетворення енергії від радіоізотопів, що перевищує 60%.