Ученые представили новую разработку — ядерную батарейку, которая не превосходит по размерам монету.
Советско-российские разработки. Вечная батарейка
Представьте себе это. Представьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе неделю, месяц… Как насчет десятилетий? Вот что мы можем сделать с помощью нашей технологии», — рассказал о разработке NDB сотрудник стартапа Нил Найкер. Компания NDB поделилась планами наладить коммерческое производство бета-гальванических батарей к концу года. Заключены два предварительных контракта на поставку батарей американским компаниям. Будущие бета-тестеры занимаются производством, обслуживанием и утилизацией продуктов ядерного топлива, а также производством аэрокосмической, оборонной и охранной продукции. Названия первых клиентов пока держат в секрете.
Эта разработка, как и множество других подобных в США, России и в других странах, использует источник изотопов, который выделяет энергию при радиоактивном бета-распаде. У таких батарей низкий КПД на уровне единиц процентов, но работать они могут десятилетиями, поэтому, например, нашли применение в качестве бортовых систем питания межпланетных станций, которые направляются вглубь Солнечной системы. Пригодные для использования в массовой электронике портативные прототипы атомных бета-гальванических батарей безуспешно пытаются создать в США, России и не только. Они безопасны, но достаточной для работы тех же смартфонов мощности ещё никто из разработчиков не выжал. Китайская Betavolt тоже этого не сделала и обещает революцию завтра, а не сегодня. Хотелось бы в это верить.
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку Устройство поможет решить серьёзные проблемы с электроснабжением на отдалённых объектах. Удельная мощность и КПД нового устройства в десять раз выше, чем у любых зарубежных аналогов. Источником энергии в устройстве служит изотоп никель-63 с периодом полураспада около 100 лет, но вопросы к конструкции атомной батарейки всё равно остаются. Украсть ключи от ядерной ракеты. В РВСН задержали украинского шпиона Изобретение атомной батарейки неслучайно сравнивают с созданием вечного двигателя. Применение такой технологии безгранично: небольшая батарейка может питать практически любой — как бытовой, так и военный прибор. От "вечных" спутников и небольших беспилотников до суперкомпьютеров и небольших полярных станций — одного элемента с радиоактивным изотопом будет достаточно, чтобы подогреть еду, дать свет и даже набрать горячую ванну. Защита от взрыва и теракта. Аспирант факультета прикладной физики Массачусетского технологического института Егор Касаткин отметил, что рынок для атомных батареек даже в существующих условиях безграничен. Военная и гражданская авиация, добывающая промышленность, автономные системы энергоснабжения — можно миллион направлений подобрать, где такая технология будет пользоваться спросом. Весь вопрос в том, насколько гибкой в конечном счёте получится архитектура — можно ли надстроить источник питания для подключения, скажем, не компьютера, а полноценного жилого помещения? Егор Касаткин Аспирант факультета прикладной физики Массачусетского технологического института Конкуренты тоже есть Промышленный выпуск радиоактивных изотопов для российских атомных батареек хотят наладить до конца 2020 года. Если коронавирус и спровоцированные им изменения не преподнесут дополнительных сюрпризов, то "бензин" для маленьких реакторов со слабым бета-излучением начнут делать в достаточных для экспорта количествах. К созданию батареек, в которых радиоактивный изотоп и алмазный преобразователь для электрической энергии могут спокойно работать 50 и даже 100 лет, в разных странах подошли практически одновременно.
В небольшом масштабе это могут быть такие вещи, как батарейки для кардиостимуляторов и другие электронные имплантаты, долгий срок службы которых избавит пользователя от операций по замене. Они также могут быть размещены непосредственно на печатных платах, обеспечивая питание в течение всего срока службы устройства. Самое важное — стоимость такого аккумулятора, как обещают в NDB, будет сопоставима или даже дешевле литий-ионных батарей соответствующей мощности. Что делает возможным мир, где комплект пальчиковых батареек можно будет купить один раз в жизни и потом передавать их из поколения в поколение. Смартфоны и прочую электронику можно будет больше не подзаряжать, более того, смартфоны можно будет производить без батарей — владелец переставит ее из старого устройства, как и аккумулятор из старой машины в новую. А дома с такими источниками энергии можно будет вовсе не подключать к энергосетям, они будут полностью автономны. Такой мир рисуют представители NDB. Кстати, «вечный» аккумулятор для электромобиля из ядерных отходов в силу высокого энергопотребления, будет работать на самом деле не 28 тысяч лет, а всего лет 90, как показывают расчеты NDB, то этого хватит, чтобы сменить с ним десятка два машин двум поколениям одной семьи.
Ученые разработали вечные батарейки со сроком службы в тысячи лет
Также было проведено исследование технических характеристик прототипа, разработан комплект конструкторской документации для масштабирования, отработана технология преобразования тепловой энергии ядерного распада в электричество с помощью термофотовольтаических преобразователей, позволяющих работать в ближнем ИК-диапазоне. Такие же разработки в настоящее время активно ведутся в США и Европе для аппаратов исследования космоса. Увеличение КПД солнечных элементов питания посредством использования термофотовольтаических материалов — новый импульс к совершенствованию ядерных батарей. Поэтому путь создания высокоэффективных радиоизотопных источников энергии представляет собой поиск новых или модифицированных материалов, по своим полупроводниковым свойствам способных заменить кремний, германий и другие узкозонные полупроводники. Источник питания на плутонии-238 Созданный в Национальном исследовательском ядерном университете НИЯУ «МИФИ» прототип источника электроэнергии на плутонии-238 мало похож на пальчиковые батарейки или аккумуляторы мобильных телефонов. Это состоящее из нескольких технологических слоёв 30-килограммовое устройство с многочисленными разъёмами [4]. Стремление к тому, чтобы добиться крайне продолжительной работы данного источника, прямо связано с предназначением и условиями эксплуатации рассматриваемых нетипичных электрических батарей.
В пример уместно привести автономные метеопосты на территории Крайнего Севера, створные навигационные знаки и в целом оборудование гидрографических станций, оборудование световых «маяков» для ориентации судов, находящихся в море, в том числе на наземных объектах вдоль трассы Северного морского пути, а также космические спутники. Разумеется, сфера применения ядерных батарей не ограничивается приведёнными выше примерами. Так, при установке в качестве источников питания с мощностью даже 5—10 Вт на удалённые и необслуживаемые оператором обслуживаемые дистанционно метеостанции, предназначенные для передачи информации о погоде на Большую землю посредством телеметрии, удастся добиться более точных прогнозов. Это возможно в том числе из-за стабильного автономного питания удалённых зондов, для которых изотопные батареи будут дополнительным фактором стабилизации питания в комплексе с источниками возобновляемых источников энергии ветра ветрогенераторы и солнца солнечные панели и преобразователи в электрический ток. Долговечность и принцип работы изотопных батарей Чем больше период полураспада активного изотопа, тем больший ресурс имеет источник питания на его основе. Вот почему так важны характеристики материалов: к примеру, период полураспада тория-228 составляет 2 года, а америция-241 — около 400 лет.
Выбранный плутоний-238 — элемент с 87-летним периодом полураспада. Гарантированный срок службы изделий обозначен разработчиками в 30 лет. Как и в любом «рукотворном» устройстве со сложными элементами, в том числе в РЭА, отдельные элементы изделия неравномерно сохраняют свойства, а общая надёжность зависит от расчёта «наработки до отказа» самых нестабильных компонентов. Поэтому в расчётах долговременности эксплуатации учитываются риски разрушения проводников в том числе с алмазным напылением , деградация поверхности и кристаллов фотоэлементов, возможная потеря вакуума в капсуле. При нарушении целостности оболочки и корпуса изотопный источник автономного питания можно переместить в новую оболочку, и сохранённая энергия обеспечит разность потенциалов на полюсах. Таким образом, теоретически ядро, если оно сохранено, можно использовать и далее в других источниках питания РЭА.
Но вот что крайне важно: чем меньше живёт активный изотоп, тем выше при одинаковой энергии распада и прочих равных условиях его энергоёмкость и отдаваемая в нагрузку полезная мощность. Как мы отметили выше, изотопный источник тока практически лишён эффекта саморазряда, так как реакция происходит только при наличии «внутреннего тока» и ЭДС, связанной с подключением внешней нагрузки. Применяемый в плутониевой электрической батарее принцип преобразования энергии ядерного распада в электрическую называют термофотовольтаическим [4]. Альфа-источник окружён вакуумной капсулой, внешние стенки которой покрыты слоем наночастиц. Тепло от ионизирующего излучения нагревает капсулу до 1500 К, заставляя её поверхность светиться. Чувствительные и адаптированные к среде фотоэлементы, окружающие капсулу и способные выдерживать колоссальный нагрев окружающей температуры, улавливают эти изменения спектра.
В принципе работы изделий особенности фотогенерации: образование подвижных электронов и дырок при поглощении квантов света, в том числе в органических полупроводниках с изменениями от освещённости и температуры. Это знание способствует созданию разных устройств в сегменте органической фотовольтаики, таких как солнечные панели и батареи. Перенос заряда и энергии в конденсатах квантовых точек описан довольно давно [3, 5]. Однако с появлением изотопных источников тока задача моделирования транспорта носителей заряда, необходимого для оптимизации характеристик оптоэлектронных устройств на основе квантовых точек, решается лучше. Наногибридные материалы Неупорядоченные органические полупроводники применяются в РЭА даже в производстве кристаллов светодиодов. Активно исследуются возможности применения в тонкоплёночных транзисторах, фотовольтаике, сенсорах и др.
Преимущества неупорядоченных органических полупроводников перед другими материалами — гибкость, лёгкость, разнообразие свойств и возможность производства по дешёвой массовой технологии. В связи с относительно малой величиной диэлектрической проницаемости поглощение фотона приводит к образованию пар, в которых электрон и дырка разделены в пространстве, но связаны кулоновским взаимодействием геминальные пары. Вероятность полного разделения геминальной пары определяет фотогенерацию свободных носителей заряда: «электронов» и «дырок». Вот почему увеличение эффективности фотогенерации важно для развития устройств органической фотовольтаики и, в частности, солнечных элементов. Разъяснение феномена и предтечи открытий связано с физическими свойствами наногибридных материалов. Изготовление конденсатов квантовых точек производится доступными методами, но для получения качественного покрытия необходимо тщательно соблюдать технологию и условия изготовления, а также выбирать тип органических молекул, «сшивающих» квантовые точки между собой [5].
Возможность замены лигандов позволяет менять расстояние между квантовыми точками и оптимизировать перенос энергии и заряда. Технология замены лигандов при комнатной температуре облегчает данный процесс, а наногибридные материалы с квантовыми точками разработчики РЭА используют не только для создания фотовольтаических элементов или светодиодов, но и для сложных полупроводниковых структур как основы новейших высокочувствительных сенсоров. Он работал на бета-частицах стронция-90 по термоэлектрическому принципу, почти как термопара: между холодным и разогретым от активного источника полюсами-контактами возникала разность потенциалов напряжение , при подключении нагрузки создавалась классическая электрическая цепь с постоянным родом тока.
Случайное улучшение Проблема была решена Мией, которая просто покрыла активный элемент электролитным гелем и диоксидом марганца. Но самое интересное, что укрепление конструкции в итоге привело и к улучшению ее функциональных качеств. Батарея с нанопроводом смогла выдерживать десятки тысяч циклов зарядки. Но и это далеко не предел.
Первая ядерная батарея Betavolt может обеспечивать мощность 100 микроватт и напряжение 3 В, при размерах 15 x 15 x 5 кубических миллиметров. Компания заявила о планах по производству батареи мощностью 1 ватт к 2025 году. Эти маленькие батареи могут использоваться последовательно для производства большего количества энергии, что позволяет представить мобильные телефоны, которые никогда не нужно заряжать, и дроны, которые могут летать бесконечно.
Более того, во времена холодной войны этот вид батареи служил источником питания для радиостанций, работающих вдалеке от населенных пунктов. Батарея, о которой идет речь сегодня, не превышает в диаметре рублевую монету, но при этом генерирует постоянную энергию в течение 50 лет. Китайцы планируют снабжать таким источником питания не только смартфоны, но небольшие беспилотные аппараты, поскольку самое главное в них — это отсутствие необходимости заряжать устройства. Вечная батарейка в разрезе Фото: Соцсети Представители компании заявили, что в ближайшем будущем надеются обойти некие нормативные препятствия, которые мешают им запустить массовое производство этих чудо-батарей.
Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
Не вечная батарейка, наверное, а то сразу захочется и вечного двигателя! Китайская компания "Betavolt Technology" объявила о разработке компактной батарейки на основе никеля-63. Не вечная батарейка, наверное, а то сразу захочется и вечного двигателя! Действительно ли она безопасна для человека и будет ли производство батареек дорогим, рассказывает доцент кафедры радиохимии химического факультета МГУ Владимир Петров. Поскольку «вечный» аккумулятор не изнашивается так быстро, ему ведь нужно реже питаться.
Практически вечные: Китай запустит производство батареек, работающих полвека
В батарейках, созданных командой Скотта, радиоактивные изотопы выделяют электроны сверхвысокой энергии, подвергаясь радиоактивному распаду. Достоинства нанопроводов как части батарейки не вызывали сомнения, но, как и многие другие прогрессивные материалы, эти элементы имеют и уязвимости. Батарейка, которая проработает в 14 раз больше, чем прошло лет с начала нашей эры. /. Вечная батарейка. Российские ученые нашли способ продлить работу этого зарядного устройства. Российские ученые разработали технологию "вечной" ядерной батарейки.
Представлена «вечная» ядерная батарейка
Техника Американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Это не теория, сейчас разработку переводят на коммерческую основу. Несколько недель назад разработчик завершил тестирование, убедившись в работоспособности системы. Первые батареи такого типа появятся в продаже в конце этого года. Инвестором разработчиков выступил стартап-инкубатор Volkswagen Future Mobility. Разработка представляет собой специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный сердечник. В процессе неупругого рассеивания бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. В качестве топлива используются переработанные ядерные отходы углерода-14. Этот изотоп применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта.
Появился новый концепт экобатареек По словам ученых, исследование обеспечивает теоретическую демонстрацию того, что изготовление квантовой батареи без потерь возможно. Для этого замкнутая квантовая сеть была реализована таким образом, чтобы она находилась в «темном» состоянии. В этом случае квантовая сеть не способна обмениваться энергией с окружающей средой, оставаясь устойчивой к потерям энергии.
Кислородно-ионные аккумуляторы тоже подвержены проблеме деградации из-за перезарядных циклов, однако их химический состав позволяет с помощью специальной процедуры проводить регенерацию, возвращая им прежнюю ёмкость. Ещё одно преимущество этого изобретения — такие аккумуляторы можно производить без использования редкоземельных материалов, то есть они более экологичные и экономичные. Впрочем, у этого изобретения есть и недостатки. Поскольку используется кислород, который гораздо менее плотный, чем металлы, аккумулятор получается лёгким, но габаритным.
С ее помощью кардиостимулятор будет работать без подзарядки до самой смерти. А нефтяные компании смогут снизить штат вахтовиков, проверяющих трубопроводы в отдаленных северных районах. Технология представляет собой преобразование энергии, излучаемой радиоактивным источником, в электрическую. Радиоактивный изотоп испускает поток отрицательно заряженных частиц, и они генерируют электроэнергию.
Стартап NDB сообщает о прорыве в области бесконечных батарей
изобретение, родственное скатерти-самобранке и ковру-самолёту. Стартап из Поднебесной Betavolt представил атомную батарейку, живущую без подзарядки 50 лет. Вечная батарейка для кардиостимуляторов будет работать на глюкозе.
ТОПАЗ — вечная батарейка. Как это работает?
Также отмечается, что проблем с утилизацией быть не должно — к концу эксплуатации почти все радиоактивные элементы попросту распадутся. Эта разработка, как и множество других подобных в США, России и в других странах, использует источник изотопов, который выделяет энергию при радиоактивном бета-распаде. У таких батарей низкий КПД на уровне единиц процентов, но работать они могут десятилетиями, поэтому, например, нашли применение в качестве бортовых систем питания межпланетных станций, которые направляются вглубь Солнечной системы. Пригодные для использования в массовой электронике портативные прототипы атомных бета-гальванических батарей безуспешно пытаются создать в США, России и не только. Они безопасны, но достаточной для работы тех же смартфонов мощности ещё никто из разработчиков не выжал. Китайская Betavolt тоже этого не сделала и обещает революцию завтра, а не сегодня.
Фото: iStock. Внутри него радиоактивный сердечник. Топливом служат ядерные переработанные отходы углерода-14 — изотопа, применяемого, например, в диагностике некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Хранение такие отходов — опасное, дорогостоящее и трудное. Разработанная батарея на углероде-14 решает проблему недолговечности обычных элементов питания и переработки радиоактивных отходов.
Бесконечный источник энергии Американские ученые из компании Nano Diamond Battery разработали «вечный» источник питания , способный работать тысячи и даже десятки тысяч лет. Они создали так называемую «бета-гальваническую батарею» betavoltaic и, по их заверениям, даже успешно испытали их в лабораторных условиях. Такой элемент питания может использоваться, по мнению разработчиков, в самых разных видах техники, начиная от носимых устройств и мобильных гаджетов и заканчивая средствами передвижения — поездами, электромобилями и даже самолетами. Как работают такие батареи В основе работы бета-гальванических батарей лежит принцип преобразования альфа- и бета-излучений радиоактивного вещества в обычный электрический ток, питающий всю современную технику. Как заверил Нима Голшарифи, созданным компанией источникам энергии можно придавать практически любую форму, другими словами, их можно выпускать в виде привычных многим батареек различных форматов — АА, 18650, CR2032 и др. Батарейка Nano Diamond Battery может работать тысячелетиями Конструкция бета-гальванической батареи состоит в первую очередь из радиоактивного сердечника, который выступает в качестве источника изотопов. Нима Голшарифи подчеркнул, что сердечник изготавливается из небольшого количества переработанных ядерных отходов. Для того чтобы сделать батареи безвредными для людей и окружающей среды, специалисты Nano Diamond Battery покрыли «фонящий» сердечник специальными нерадиоактивными синтетическими алмазами, выращенными в лабораторных условиях.
А поскольку бусофит — это углеволокнистая ткань, аккумулятор из него получается очень тонкий и легкий. В перспективе это позволит сделать смартфоны и другие гаджеты вообще невесомыми. Ведь аккумулятор — это почти всегда самая тяжелая деталь в техническом устройстве.
Однако сейчас ученые еще дорабатывают конструкции аккумуляторов нового типа и технологии их изготовления, чтобы повысить рабочие характеристики и безопасность при эксплуатации. Ожидается, что с новым аккумулятором смартфон даже при условии его многочасового ежедневного использования можно будет заряжать всего раз в неделю. При этом служить гаджет будет гораздо дольше.
Поскольку «вечный» аккумулятор не изнашивается так быстро, ему ведь нужно реже питаться.