Įsivaizduokite, kad daugiau niekada nebereikės įkrauti telefono arba turėsite širdies stimuliatorių, kuris tarnaus visą gyvenimą. Panašu, kad tai gali tapti realybe. Kovo 23-27 d. vykstančiame Amerikos chemikų draugijos (ACS) susitikime mokslininkai pristatė mažytes branduolines baterijas, maitinamas radioaktyviąja anglimi – saugiu ir gausiai paplitusiu branduolinių elektrinių šalutiniu produktu, – kurių nereikia įkrauti.
Esamų baterijų problema
Netikėtai išsikraunantys mobilieji telefonai ar elektra varomi automobiliai, kurie negali pasiekti savo paskirties vietos, atskleidžia esminę problemą – šiuolaikinių baterijų ribotumą.
Dauguma dabar plačiai naudojamų įkraunamų ličio jonų baterijų tarnauja tik kelias valandas ar dienas tarp įkrovimų.
Be to, laikui bėgant jų veikimas blogėja, o tai reikalauja dažnesnio įkrovimo.
Svarbu ir tai, kad ličio jonų baterijų gamyba reikalauja daug energijos, o netinkamas jų utilizavimas gali pakenkti ekosistemoms.
Norėdami išspręsti šią problemą, Pietų Korėjos Daegu Gyeongbuk mokslo ir technologijų instituto (DGIST) mokslininkai sukūrė branduolines baterijas, maitinamas radiokarbonu.
Šios mažos, lengvai prieinamos baterijos galėtų tiekti saugią, ilgalaikę energiją dešimtmečius ar net ilgiau, be poreikio jas įkrauti.
Kaip veikia branduolinės baterijos
Pietų Korėjos tyrėjai sukūrė prototipą, naudodami anglies-14 izotopą, kuris išskiria tik beta spindulius.
Beta spindulius galima apsaugoti plonu aliuminio sluoksniu, todėl betavoltaikės baterijos gali būti saugios.
Šis izotopas yra radioaktyvus, pigus, lengvai prieinamas ir perdirbamas.
Kadangi radiokarbonas suyra labai lėtai, tokia baterija galėtų tarnauti tūkstantmečius.
Savo prototipe mokslininkai panaudojo titano dioksido pagrindu pagamintą puslaidininkį, įjautrintą rutenio pagrindu pagamintu dažikliu ir apdorotu citrinos rūgštimi.
Šis dizainas leidžia beta spinduliams iš radiokarbono sukelti elektronų laviną, kurią efektyviai surenka titano dioksidas, generuodamas elektrą.
Be to, radiokarbonas buvo panaudotas tiek anodiniame, tiek katodiniame elektroduose, kas padidino sugeneruotų beta spindulių kiekį ir sumažino energijos nuostolius.
Dėl šios inovacijos baterijos energijos konversijos efektyvumas padidėjo nuo 0,48 proc. iki 2,86 proc.
Kas toliau?
Šios ilgai veikiančios branduolinės baterijos galėtų turėti daugybę pritaikymų, įskaitant širdies stimuliatorius.
Tačiau šiuo metu šis betavoltaikinis dizainas konvertuoja tik mažą dalį radioaktyvaus skilimo į elektros energiją, todėl jo našumas yra žemesnis nei įprastų ličio jonų baterijų.
Šiuo metu svarbūs tolimesni tyrimai, siekiant optimizuoti beta spindulių emitento formą ir sukurti efektyvesnius absorbentus, kad būtų padidintas baterijos našumas ir energijos gamyba.
