ACS: создана ядерная батарея, способная работать веками без подзарядки

Исследователи из Научно-технического института Тэгу Кенбук во главе с профессором Су-Ил Ином представили новую концепцию ядерной батареи, способной обеспечивать энергией устройства десятилетиями, а то и столетиями, без необходимости подзарядки. Технология направлена на замену литийионных аккумуляторов, которые со временем деградируют и требуют регулярной подзарядки, что ограничивает применение в таких технологиях, как дроны, системы дистанционного зондирования и даже медицинские импланты.

Об этом сообщает The American Chemical Society (ACS).

В основе новой батареи лежит принцип бетавольтаики – преобразование энергии бета-излучения в электричество. Для этого ученые использовали радиоактивный изотоп углерода, известный как радиоуглерод (углерод-14), который выделяет исключительно бета-частицы. Радиоуглерод является побочным продуктом ядерных реакций и, благодаря своей низкой стоимости, доступности и возможности переработки, может стать экологически безопасной альтернативой. При этом его очень медленный распад обещает долговечность батареи, теоретически способной работать тысячелетиями.

Для повышения эффективности преобразования энергии команда Ина использовала инновационный подход. В их прототипе основным элементом является полупроводниковый слой на основе диоксида титана, к которому был добавлен краситель на основе рутения. Дополнительную прочность химической связи обеспечивала обработка лимонной кислотой. Когда бета-частицы, испускаемые радиоуглеродом, сталкиваются с рутениевым красителем, запускается каскад электронных переходов – "электронная лавина", которая затем эффективно собирается слоем диоксида титана.

Особенностью нового устройства является то, что радиоуглерод был внедрен как в анод, так и в катод, что увеличило количество генерируемых бета-частиц и минимизировало энергетические потери на расстоянии между электродами.

В ходе демонстрационных испытаний прототипа энергия, преобразованная из радиоактивного распада, была существенно выше по сравнению с предыдущими версиями, где радиоуглерод применялся только на одном электроде: коэффициент преобразования возрос с 0,48 до 2,86%.

Несмотря на то, что текущий дизайн преобразует лишь незначительную долю энергии, выделяемой при радиоактивном распаде, профессор Ин уверен, что дальнейшие усовершенствования – оптимизация формы источника бета-излучения и разработка более эффективных поглотителей – могут существенно повысить производительность батареи. Такие долговечные источники энергии могут найти применение в устройствах, где регулярная подзарядка или замена аккумуляторов невозможны, например, в кардиостимуляторах, работающих на протяжении всей жизни человека, или в других миниатюрных, автономных системах.