Tehnologia betavoltaică ar putea alimenta stimulatori cardiaci, sateliți și multe altele
Privind înainte: Pe măsură ce bateriile reîncărcabile de litiu-ion (Li-ion) alimentează totul, de la smartphone-uri la vehicule electrice, limitările lor devin din ce în ce mai evidente. Reîncărcarea frecventă și preocupările de mediu legate de mineritul de litiu și eliminarea bateriei au determinat cercetătorii să caute alternative.
O echipă condusă de Su-Il, un profesor la Institutul de Știință și Tehnologie Daegu Gyeongbuk din Coreea de Sud, dezvoltă o soluție inovatoare: baterii nucleare, cu radiocarburi, care ar putea dura zeci de ani fără a avea nevoie de o reîncărcare. Profesorul a prezentat concluziile echipei sale în cadrul reuniunii de primăvară a Societății Americane de Chemice 2025, care a avut loc în perioada 23 – 27 martie. Conferința a prezentat aproximativ 12.000 de prezentări privind progresele științifice.
Cercetarea abordează cererea din ce în ce mai mare de surse de energie durabile și durabile, ca dispozitive conectate, centre de date și tehnologii avansate continuă să împingă capacitățile bateriilor Li-ion la limitele lor. „Performanța bateriilor Li-ion este aproape saturată”, a spus în a spus, explicând de ce echipa sa a apelat la baterii nucleare ca alternativă.
Radiocarbon oferă mai multe avantaje față de alte materiale radioactive: este ieftin, ușor disponibil ca produs secundar al centralelor nucleare și ușor de reciclat. Cel mai important, se degradează extraordinar de lent, cu un timp de înjumătățire de 5.730 de ani.
Bateriile nucleare generează energie electrică prin valorificarea particulelor de mare energie emise în timpul degradării radioactive a anumitor materiale. Spre deosebire de surse de energie nucleară convențională, cum ar fi uraniul sau plutoniul-care emit raze gamma dăunătoare-în designul lui folosește Carbon-14, un izotop radioactiv cunoscut sub numele de Radiocarbon.
Radiocarbon emite doar particule beta, care sunt mai puțin dăunătoare și pot fi conținute în siguranță cu o foaie subțire de aluminiu. Acest lucru face ca bateriile betavoltaice, care transformă radiațiile beta în electricitate, un candidat promițător pentru soluții energetice compacte și sigure. Radiocarbon oferă mai multe avantaje față de alte materiale radioactive: este ieftin, ușor disponibil ca produs secundar al centralelor nucleare și ușor de reciclat. Cel mai important, se degradează extraordinar de lent, cu un timp de înjumătățire de 5.730 de ani.
Acest lucru înseamnă că o baterie alimentă de radiocarbon ar putea furniza teoretic energie timp de mii de ani, fără a fi nevoie de înlocuire. „Am decis să folosesc un izotop radioactiv de carbon, deoarece generează doar raze beta”, a spus în.
Prototipul echipei Betavoltaic Bateria încorporează materiale avansate pentru a maximiza eficiența conversiei energetice – o provocare critică în proiectarea bateriei nucleare. În centrul bateriei se află un semiconductor pe bază de dioxid de titan utilizat frecvent în celulele solare.
Acest material a fost tratat cu un colorant pe bază de ruteniu și consolidat cu acid citric pentru a crea o structură extrem de sensibilă capabilă să transforme eficient radiația beta în electricitate.
Particulele beta emise de Radiocarbon lovesc colorantul pe bază de ruteniu pe semiconductor, declanșând o cascadă de reacții de transfer de electroni cunoscuți sub numele de „avalanșă de electroni”. Aceste reacții generează electricitate, pe care stratul de dioxid de titan îl colectează și trece printr -un circuit extern. Acest proces este central pentru capacitatea bateriei de a produce energie utilizabilă.
Un factor cheie în proiectarea IN a fost plasarea radiocarbonului atât în anodul, cât și în catodul bateriei – o plecare de la proiectele anterioare care au folosit radiocarbon exclusiv pe un electrod. Această configurație cu două site-uri a crescut generarea de particule beta, reducând în același timp pierderea de energie cauzată de distanța dintre electrozi.
Rezultatele au fost izbitoare: testarea a relevat faptul că această abordare a sporit eficiența conversiei energetice a bateriei de la 0,48 la sută în proiectele anterioare la 2,86 la sută în noul prototip – o îmbunătățire de aproape șase ori.
În ciuda acestui progres, bateriile de radiocarbon încă rămân în urma bateriilor Li-ion din punct de vedere al puterii. Bateriile Li-ion obțin de obicei eficiențe de conversie a energiei de aproximativ 90 la sută. Cu toate acestea, ceea ce aceste baterii nucleare nu au performanțe imediate, ele compensează în longevitate și fiabilitate. Capacitatea lor de a funcționa timp de zeci de ani fără a reîncărca deschide noi posibilități în diverse industrii.
De exemplu, stimulatorii cardiaci alimentați de baterii cu radiocarburi ar putea dura întreaga viață a pacientului, eliminând nevoia de înlocuire chirurgicală riscantă. Alte aplicații potențiale includ alimentarea senzorilor de la distanță în medii dure, sateliți care necesită soluții energetice pe termen lung în spațiu, și chiar drone sau vehicule cu autovehicule, unde reîncărcarea frecventă este imposibilă.
Recunoaște că este necesară o optimizare suplimentară pentru a îmbunătăți performanța acestor baterii nucleare. Se desfășoară eforturi pentru a rafina forma emițătorilor de raze beta și pentru a dezvolta absorbtori mai eficienți pentru a crește generarea de energie. Cu toate acestea, el rămâne optimist cu privire la impactul lor potențial. „Putem pune o energie nucleară sigură în dispozitive de dimensiunea unui deget”, a spus el, având în vedere un viitor în care energia nucleară nu se mai limitează la centralele electrice mari, ci integrat în tehnologia de zi cu zi.
Cercetarea a fost finanțată de Fundația Națională de Cercetare a Coreei și susținută de Programul de cercetare și dezvoltare a Institutului de Știință și Dezvoltare Daegu Gyeongbuk în cadrul Ministerului Științei și TIC din Coreea.
