Прослужат всю жизнь: ученые создают безопасные ядерные батареи на замену литиевым

Группа исследователей из Института науки и технологий Тэгу Кенбук в Южной Корее создала прототип ядерной батареи, который рассматривается как более долговечная альтернатива традиционным литий-ионным аккумуляторам. Об этом пишет портал Tech Xplore.

Большинство современных устройств, от смартфонов до электромобилей, работают на литий-ионных батареях, зарядки которых хватает на несколько часов или дней. При повторном использовании эти батареи деградируют и их нужно заряжать чаще.

Традиционные аккумуляторы также вредны для окружающей среды: добыча лития является энергоемкой, а неправильная утилизация литий-ионных батарей загрязняет природу. При этом развитие электроники, центров обработки данных и других технологий увеличивает спрос на долговечные батареи, в частности на ядерные.

"Производительность литий-ионных батарей почти достигла предела", — отметил профессор Су-иль Ин из Института науки и технологий Тэгу Кенбук.

В качестве альтернативы ученые рассматривают небольшие ядерные батареи на основе радиоуглерода, которые могли бы работать без подзарядки десятилетиями и дольше. Свои наработки в этой области профессор Су-иль Ин представил на конференции Американского химического общества (ACS).

Ядерные батареи генерируют энергию, используя высокоэнергетические частицы, испускаемые радиоактивными материалами. Как объясняют в издании, не все радиоактивные элементы испускают излучение, которое вредно для живых организмов. К примеру, бета-частицы можно экранировать тонким листом алюминия, что делает их потенциально безопасным выбором для ядерных батарей.

Так, ученые создали прототип бета-вольтаической батареи с углеродом-14, нестабильной и радиоактивной формой углерода, называемой радиоуглеродом. Радиоактивный изотоп углерода, генерирует только бета-лучи и разлагается очень медленно, поэтому батарея на его основе теоретически может прослужить тысячелетия. Этот материал легко перерабатывается, а также недорог, легкодоступен, так как является побочным продуктом работы атомных электростанций.

Чтобы улучшить эффективность преобразования энергии в своей новой конструкции, Ин и его команда использовали полупроводник на основе диоксида титана, материал, обычно используемый в солнечных батареях, сенсибилизированный красителем на основе рутения. По сравнению с предыдущей конструкцией, эффективность преобразования энергии новой ядерной батареи выросла с 0,48% до 2,86%.

По словам исследователей, ядерные батареи имеют большой потенциал для применения в жизни. К примеру, кардиостимулятор с таким аккумулятором будет работать всю жизнь человека, что исключит необходимость в его хирургической замене.

В издании подчеркнули, что новая бета-вольтаическая конструкция преобразовала лишь малую часть радиоактивного распада в электрическую энергию, приводя к более низкой производительности по сравнению с обычными литий-ионными батареями. Ожидается, что оптимизация формы бета-излучателя и разработка более эффективных поглотителей бета-лучей могут повысить производительность батареи и увеличить выработку электроэнергии.