Выбирай : Покупай : Используй

Вход для партнеров

Вход для продавцов

0

Создан аккумулятор, способный работать без подзарядки сотни лет

В Японии разработан аккумулятор на основе синтетических алмазов и радиоактивных изотопов. Одного его заряда хватает на сотни лет, и создатели предлагают использовать его в мощных буровых установках и космическом оборудовании. Но такие АКБ еще не могут похвастаться высокой удельной мощностью, и о серийном их производстве разработчики пока не задумываются.

«Бриллиантовые» японские аккумуляторы

Специалисты Национального института материаловедения Японии (National Institute of Materials Science, NIMS) разработали аккумулятор, работающий на одном заряде сотни лет. По информации Nikkei Asian Review, такой элемент питания состоит из трех основных элементов, два из которых радиоактивные.

Основной компонент нового японского аккумулятора – это алмаз, но не натуральный, добываемый в карьерах, а синтетический. Такие алмазы создаются в лабораторных условиях, имеют параметры, схожие с природными, но стоят в десятки раз дешевле, что позволяет широко применять их в различных областях.

Два других компонента – это изотопы углерода и никеля с длительным периодом полураспада. Так, для углерода-14 он составляет 5700 лет, а для никеля-63 – 100 лет. Использование обоих материалов и позволяет батарее работать сотнями лет.

Принцип действия

Синтетический алмаз в батарее, предложенной японскими учеными, используется в качестве электродов. Этот материал начинает вырабатывать электричество под воздействием бета-излучения от изотопов углерода и никеля, а чтобы защитить окружающую среду от радиоактивного загрязнения, батарея имеет металлическую защитную оболочку, выполненную из алюминия или другого металла. Батареи подобного плана называют «бета-гальваническими».

Прототип своей батареи японцы демонстрировать не стали

Ученые разработали рабочий прототип такого аккумулятора, но до серийного производства нового типа АКБ пока еще очень далеко, поскольку им еще нужно решить проблему низкой удельной мощности, генерируемой их изобретением. На момент публикации материала она измерялась даже не в милливаттах – созданная в NIMS батарея вырабатывала лишь 1 микроватт мощности, то есть одну миллионную ватта.

Повышенная экологичность

Недостаточная удельная мощность – главный недостаток аккумулятора, созданного в стенах NIMS, тогда как основных достоинств у него два. Первое – это способность питать энергией потребителя в течение сотен лет, а второе – это возможность создавать такие АКБ из отработанных стержней ядерных реакторов.

На поверхности таких графитовых стержней в изобилии присутствует углерод-14 – тот самый изотоп, который японцы предлагают использовать в своей батарее. Этот углерод в больших количествах может быть получен при демонтаже отработанных стержней, и над этим вопросом с 2020 г. работают специалисты Управления по атомной энергии и Бристольского университета Великобритании. Конкретные планы по производству сырья для алмазных батарей из отработанных графитовых стержней они пока не озвучивают.

Сферы применения

В настоящее время человечество активно использует сравнительно небольшие ядерные источники энергии. Например, такие источники на основе плутония применяются в космических аппаратах, вырабатывая относительно большое количество электроэнергии.

Батареи на основе электродов из синтетических алмазов с конструкцией, разработанной в NIMS, пока не способны вырабатывать столько же электричества, но зато обладают высокой термостойкостью и имеют более простую конструкцию. «Они могут работать даже при высоких температурах, и их можно использовать, в частности, в космическом оборудовании и машинах для разведки полезных ископаемых», - сказал Сатоши Коидзуми (Satoshi Koizumi), один из разработчиков алмазной батареи и сотрудник NIMS.

Алмазные аккумуляторы наоборот

Пока японские ученые экспериментируют с аккумуляторами на алмазных электродах в радиоактивной среде, их конкуренты из американской компании Nano Diamond Battery разрабатывают АКБ на искусственных алмазах, работающую по прямо противоположному принципу. В августе 2020 г. они рассказали, что создают элемент питания, в котором тоже используются изотопы, но их вырабатывает радиоактивный сердечник, тогда как синтетический алмаз выступает в качестве оболочки, защищающей окружающую среду от вредного радиоактивного излучения.

bat602.jpg
Форму батарее Nano Diamond Battery можно придать любую

Сердечник, по словам представителей Nano Diamond Battery, они планируют изготавливать из переработанных ядерных отходов, но не уточняют, из каких именно. Батареи, разработанные ими, могут быть выполнены в любом из современных форматов – АА, 18650, CR2032 и др., а срок их службы может достигать 28 тыс. лет. Специалисты компании провели ряд лабораторных испытаний таких АКБ, и, по их мнению, первые их версии, пригодные для повседневного использования, могут появиться в течение двух лет.

Россия не отстает

В России тоже работают над созданием бета-гальванического элемента питания, и его прототип еще в августе 2020 г. был разработан специалистами НИТУ «МИСиС». Его конструкция базируется на микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента – здесь радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.

bat603.jpg
Разработка НИТУ «МИСиС»

Российская батарейка может генерировать энергию в течение 20 лет. За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента ее размеры, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.

Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.

Комментарии