Atominė baterija

Įprastas ateities technologijų scenarijus reikalauja milijonų mažos galios radijo dažnio įrenginių, išsibarsčiusių visoje mūsų aplinkoje – nuo ​​gamyklos grindų jutiklių matricų iki medicininių implantų iki išmaniųjų įrenginių mūšio laukams.





Tačiau dėl trumpos ir nenuspėjamos cheminių baterijų eksploatavimo trukmės reikėtų reguliariai keisti, kad šie prietaisai nejudėtų. Kuro elementams ir saulės elementams reikia mažai priežiūros, tačiau pirmieji yra per brangūs tokiems kuklioms, mažos galios reikmėms, o antriesiems reikia daug saulės.

Tačiau trečioji galimybė gali būti galinga ir saugi alternatyva. Tai vadinama tiesioginės energijos konversijos (DEC) ląstele, betavoltais paremta branduoline baterija, kuri gali veikti daugiau nei dešimtmetį elektronais, kuriuos generuoja natūralus radioaktyvaus izotopo tričio skilimas. Jį sukūrė Ročesterio universiteto mokslininkai ir startuolis BetaBatt, vykdydami projektą, aprašytą gegužės 13 d. „Advanced Materials“ numeryje ir iš dalies finansuojamą Nacionalinio mokslo fondo.

Kadangi tričio pusinės eliminacijos laikas yra 12,3 metų (laikas, per kurį buvo išspinduliuota pusė jo radioaktyviosios energijos), DEC Cell gali suteikti dešimtmečio energijos daugeliui programų. Akivaizdu, kad tai būtų ekonominis pranašumas, ypač tais atvejais, kai baterijų keitimas yra labai nepatogus, pvz., medicinoje, naftos ir kasybos pramonėje, kur jutikliai dažnai įdedami į pavojingas arba sunkiai pasiekiamas vietas.



Viena iš pagrindinių mūsų rinkų skirta nuotoliniams, labai sunkiai pakeičiamiems jutikliams, sako Larry Gadeken, vyriausiasis „BetaBatt“ išradėjas ir prezidentas. Galite vieną kartą įdėti šią [bateriją] ir palikti ją ramybėje.

Betavoltaic prietaisai naudoja radioizotopus, kurie išskiria gana nekenksmingas beta daleles, o ne pavojingesnius gama fotonus. Tiesą sakant, jie buvo bandomi laboratorijose 50 metų, tačiau jie generuoja tiek mažai energijos, kad dar reikia rasti didesnį komercinį vaidmenį. Iki šiol išėjimo ženklams ir šviečiantiems laikrodžiams apšviesti buvo naudojami tričio varomi betavoltakai, kuriems reikia minimalaus ekranavimo ir kurie negali prasiskverbti pro žmogaus odą. Komercinėje DEC Cell versijoje greičiausiai neužteks sulčių mobiliajam telefonui maitinti, bet pakankamai jutikliui ar širdies stimuliatoriui.

Svarbiausia, kad „DEC Cell“ būtų gyvybingesnis, padidintų efektyvumą, kuriuo jis sukuria energiją. Anksčiau betavoltaikos tyrinėtojai naudojo dizainą, panašų į saulės elementą: plokščia plokštelė yra padengta diodine medžiaga, kuri sukuria elektros srovę, kai ją bombarduoja skleidžiami elektronai. Tačiau visos, išskyrus elektronų daleles, kurios nusileidžia link diodų, prarandamos tokio dizaino, sako Ročesterio universiteto elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius Phillipe'as Fauchet, sukūręs efektyvesnį dizainą, pagrįstą Gadekeno koncepcija.



Sprendimas buvo atskleisti daugiau reaktyvaus paviršiaus dalelėms, sukuriant porėtą silicio diodo plokštelę, apibarstytą vieno mikrono pločio, 40 mikronų gylio duobėmis. Kai radioaktyviosios dujos užima šias duobes, tai sukuria maksimalią galimybę panaudoti reakciją.

Taip pat svarbu, kad procesas būtų lengvai atkuriamas ir pigus, sako Fauchet – tai būtina norint, kad DEC Cell būtų komerciškai perspektyvus.

Gamybos metodai gali būti įperkami, tačiau pats tritis – šalutinis branduolinės energijos gamybos produktas – vis tiek yra brangesnis nei ličio kiekis jūsų mobiliojo telefono baterijoje. Tačiau įrenginiams, specialiai sukurtiems sunkiai gaunamiems duomenims rinkti, kaina yra mažesnė.



Kaina yra tik viena iš priežasčių, kodėl Gadekenas sako, kad nesiims baterijų ištroškusios plataus vartojimo elektronikos rinkos. Kitos problemos apima reguliavimo ir rinkodaros kliūtis, kylančias dėl masinės rinkos prietaisų maitinimo radioaktyviosiomis medžiagomis ir didelio dydžio baterijų, kurių reikėtų norint pagaminti pakankamai energijos. Vis dėlto, anot jo, ši technologija kada nors gali būti naudojama kaip ličio jonų akumuliatorių įkrovimo įrenginys.

Vietoj to, jo įmonė orientuojasi į rinkos sektorius, kuriems reikalinga ilgalaikė baterijų energija ir kurie yra gerai susipažinę su branduolinėmis medžiagomis.

Mes orientuojamės į tokias programas kaip medicinos technologijos, kurios jau naudoja radioaktyvumą, sako Gadeken.



Pavyzdžiui, daugelis implantuotų pacientų ir toliau išsenka savo baterijas ir jiems reikia brangios ir rizikingos pakeitimo operacijos.

Galų gale Gadeken tikisi pasitarnauti ir NASA, jei kompanija ras būdą, kaip iš tričio išgauti pakankamai energijos, kad galėtų maitinti kosmosą skriejantį objektą. Kosmoso agentūros domisi saugesniais ir lengvesniais energijos šaltiniais nei plutoniu varomi radioizotopo terminiai generatoriai (RTG), naudojami robotų misijose, pavyzdžiui, „Voyager“, turinčio RTG maitinimo šaltinį, kuris turėtų veikti maždaug iki 2020 m.

Be to, betavoltainis energijos šaltinis greičiausiai sumažintų aplinkosaugos problemas, tokias kaip išsakyta Cassini palydovo misijos į Saturną paleidimo metu, kai protestuotojai baiminosi, kad sprogimas gali sukelti kritulių virš Floridos.

Tačiau kol kas Gadeken tikisi sudominti medicinos sritį ir įvairias nišines povandeninių, povandeninių ir poliarinių jutiklių rinkas, daugiausia dėmesio skiriant naftos pramonei.

Kitas žingsnis yra pritaikyti technologiją naudoti labai mažose baterijose, kurios galėtų maitinti mikroelektromechaninių sistemų (MEMS) įrenginius, pvz., naudojamus optiniuose jungikliuose arba kariuomenės kuriamuose laisvai plūduriuojančiuose išmaniuosiuose dulkių jutikliuose.

Tiesą sakant, kitas betavoltaics įrenginys, kuriamas Kornelio universitete, taip pat yra skirtas MEMS energijos rinkai. Radioizotopais varomas pjezoelektrinis generatorius, kurio prototipas bus sukurtas po kelerių metų, sujungs betavoltainį elementą su tričio varikliu varomu elektromechaniniu konsoliniu įtaisu, pirmą kartą pademonstruotu 2002 m.

Amit Lal, vienas iš Kornelio tyrinėtojų, giria ir atsargiai vertina DEC Cell. Nors jį sužavėjo DEC Cell išėjimo galia, jis teigė, kad vis dar yra problemų dėl galios nutekėjimo. Kad išvengtų tų galimų nuotėkio problemų, Cornell naudoja šiek tiek didesnio masto plokštelių dizainą. Jie taip pat planuoja pereiti prie porėto dizaino ir kieto arba skysto tričio, kad pagerintų efektyvumą.

Lal taip pat pažymi, kad „Cornell“ įrenginio arba „DEC Cell“ rinka gali būti suspausta dėl naujesnių, ilgiau veikiančių ličio baterijų. Vis dėlto, jo nuomone, yra niša labai mažiems įrenginiams, ypač tiems, kurie turi veikti ilgiau nei dešimt metų.

paslėpti