To dar praktiškai niekas nedarė: Rusijos mokslininkai skelbia sukūrę branduolinę bateriją, kuri veiks iki 100 metų

Įsivaizduokite, kad turėtumėte prietaisą, kuriame baterijas tereikėtų pakeisti kartą per dešimtmetį ar net vieną vienintelį kartą per 100 metų. Skamba puikiai. Ir nors branduolinės baterijos mums leistų tai pasiekti, tačiau jų galios tankis šiuo metu yra dar per mažas, kad jas būtų galima naudoti praktiškai. Visgi, Rusijos mokslininkai informuoja apie tai, kad sukūrė naują branduolinę bateriją, pagamintą iš radioaktyviojo nikelio-63, kuri pasižymi gerokai didesniu energijos kiekiu nei įprastos ir šiuo metu rinkoje esančios baterijos.

Kai kurios branduolinės baterijos veikia vadinamuoju „beta-galvaniniu“ (angl. betavoltaic) procesu. Įrenginyje esantis radioaktyvus šaltinis skyla ir išmeta beta daleles (elektronus ir pozitronus), o kai jie sąveikauja su puslaidininkio sluoksniu, jie sukuria elektros srovę. Nors tokios baterijos gali tiekti energiją labai ilgą laiką, jų mažos galios tankis reiškia, kad energija yra išlaisvinama lėtai.

Tokie branduolinės energijos šaltiniai tinka ten, kur reikia per ilgą laiką suteikti palyginti mažą energijos tankį ir baterijas yra ypatingai sunku pakeisti kitomis, pavyzdžiui: erdvėlaiviai ar implantuojami prietaisai, tokie kaip širdies stimuliatoriai. Nors tai skamba gana egzotiškai, bet per pastaruosius keletą metų jau buvo bandoma sukurti tokias branduolines baterijas. Ankščiau buvo bandoma sukurti stronciu pagrįsta branduolinę bateriją, kuri skeldama vandens molekules gamintų elektrą, o vėliau atėjo ir „NanoTritium“ baterija su 20 metų veikimo periodu.

Naujasis baterijos dizainas, sukurtas tyrėjų iš Maskvos fizikos ir technologijų instituto (MIPT), Nacionalinio mokslų ir technologijų universiteto (MISIS) bei Superkietų ir neįprastų anglies medžiagų technologijų instituto (TISNCM), naudoja radioaktyvųjį nikelio-63 izotopą, kurio pusinio skilimo periodas yra 100 metų. Tyrėjų komanda sukūrė tokią baterijos struktūrą, kuri pagerina baterijos energijos tankio rodiklius.

Branduolinės baterijos struktūra 
©V. Bormashov et al. | www.sciencedirect.com

Mokslininkai nustatė, kad nikelio-63 sluoksniai būtų efektyviausi, kai jų storis tesiektų 2 mikronus ir jei šie radioaktyvūs šaltiniai būtų sandariai patalpinti tarp deimantinių diodų, kurių storis siektų 10 mikronų. Komanda nustatė, kad prototipinėje branduolinėje baterijoje, kurioje buvo 200 tokių deimantinių energijos keitiklių, galia siekė apie 1 mikroW (μW). Jos galios tankis buvo 10 μW/cm3, o tai reiškia, kad ji galėtų patenkinti šiuolaikinio širdies stimuliatoriaus energijos poreikius.

Viename grame naujosios baterijos yra apie 3300 milivatvalandžių energijos, o tai pasak tyrėjų reiškia, kad tai yra apie 10 kartų daugiau nei įprastose elektrocheminėse baterijose. Tyrėjai taip pat teigia, kad sukūrė efektyvesnį metodą, kaip gaminti pluoštinį deimantinį sluoksnį ir turėti kuo mažesnius nuostolius. Nikelio-63 baterijų masinė gamyba gali būti sudėtingas uždavinys, tačiau komanda teigia, kad per ateinantį dešimtmetį ši baterijos medžiaga gali būti pilnai išvystyta iki pramoninės gamybos.

Branduolinės baterijos prototipas 
©Superkietų ir neįprastų anglies medžiagų technologijų institutas (TISNCM)

Tyrėjų komanda ir toliau planuoja tobulinti branduolinės baterijos dizainą bei jos struktūrą ir jau numatė keletą būdų kaip dar labiau padidinti baterijos energijos tankį. Tai apima nikelio-63 savybių pagerinimą, deimantinių keitiklių struktūros keitimą ir didesnį jų paviršiaus plotą.

Technologijos.lt

Patiko straipsnis? Pasidalinkite su draugais tinkluose!