Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или. Ядерная батарейка вошла в Единый отраслевой тематический план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Росатома». Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет.
80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство. Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи.
Затем вы завещали ее сыну. А он — вашему внуку. Потом она перешла к правнуку, к праправнуку и так далее. И все это время продолжала вырабатывать энергию — приблизительно 28 000 лет… Понимаем, что звучит это слишком смело даже для научной фантастики, и тем не менее есть реальные шансы, что подобная батарейка поступит в продажу в самое ближайшее время.
Итак, что же такое — "тысячелетняя атомная батарея"? Начнем с того, что ее корпус сделан из необычного материала — синтетических наноалмазов. Внутрь корпуса помещен радиоактивный сердечник, изготовленный из переработанных ядерных отходов, — углерода-14. Этот изотоп применяется в ядерной медицине, с его помощью диагностируют заболевания желудочно-кишечного тракта.
Основой технологии станет графит с электролитом на водяном растворе.
Это позволит исключить использование тяжелых и токсичных металлов, а утилизировать батареи можно будет путем компостирования. Однако в Mercedes отмечают, что начало массового производства таких аккумуляторов начнется не раньше, чем через 15 лет. Углеродные волокна В 2021 году группа ученых из технологического университета Чалмерса в Швеции представила аккумулятор для автомобиля из углеродного волокна. Пластина аккумулятора из углеродного волокна Фото: Advanced Energy and Sustainability Research Батарея из углеродного волокна в виде крышки багажника Фото: Advanced Energy and Sustainability Research В будущем такие аккумуляторы из композитных материалов можно будет использовать как в автомобилях, так и в самолетах, чтобы сделать их легче и экологичнее. Пока ведутся испытания прототипов разных форм-факторов.
Без кобальта В конце 2019 года IBM представила образец аккумулятора без никеля и кобальта, из материалов, которые могут быть получены из морской воды. Он включает комбинацию катодного материала без тяжелых металлов и безопасного жидкого электролита с высокой температурой горения. Специалисты уже подсчитали, что эти материалы могут сделать аккумуляторы дешевле существующих литий-ионных и при этом будут иметь более высокие характеристики скорости зарядки и энергетической плотности, а также будут менее огнеопасными. Авторы разработки считают, что у нее есть потенциал для внедрения в отрасль электромобилей. Кроме того, тесты показали, что батарея способна прослужить достаточно долго, чтобы ее можно было использовать в интеллектуальных электросетях и новой энергетической инфраструктуре.
Для будущего производства аккумуляторов IBM уже заключила коммерческое соглашение с Mercedes-Benz, поставщиком электролита Central Glass и производителем батарей Sidus. Полимеры В 2017 году стартап Ionic Materials презентовал полимерный аккумулятор, который в перспективе сможет заменить литий-ионные. Компания заявила, что полимерные литий-металлические аккумуляторы будут безопаснее, долговечнее и экономически выгоднее, так как процесс их производства похож на производство пластиковой упаковки. Аккумулятор Ionic Materials Фото: ionicmaterials. Прототип, как заявляет производитель, выдерживает до 400 циклов заряда-разряда.
Компания работает над тем, чтобы увеличить этот показатель втрое. Полимер для аккумуляторов получили из алюминия и других распространенных материалов. На цинке EnZinc, стартап по производству цинковых батарей, заявил в 2021 году, что нашел способ для замены лития на нетоксичный и дешевый цинк в аккумуляторах.
Внутри нее содержится 63 ядерных изотопа, при этом ее размер меньше монеты, сообщает газета Independent. Основное преимущество состоит в том, что ни жара, ни холод не могут нанести вред радионуклидной батарее. Между тем разработчики утверждают, что она совершенно безвредна и безопасна.
Действительно ли она безопасна для человека и будет ли производство батареек дорогим, рассказывает доцент кафедры радиохимии химического факультета МГУ Владимир Петров: — Будет дорогой однозначно. Изотоп никеля-63 получают из никеля-62, это один из природных изотопов никеля, но, чтобы этот никель-63 был чистым, нужно из природной смеси изотопов никеля выделить именно никель-62, для массового потребления это будет недешево. Так как энергия этих электронов не очень большая, то и проникающая способность у них невелика, то есть все, что вылетает из никеля-63, за стенки батарейки не вылетает. С этой точки зрения можно сказать, что такие батареи относительно безопасны для человека.
Создана уникальная ядерная батарейка
Впрочем, российские ученые в перспективности проекта коллег из Поднебесной сомневаются. Получить объемы электроэнергии, необходимые для питания, например, телефона, от подобного устройства невозможно. Заявленного напряжения будет недостаточно, чтобы зарядить что-то сложнее простейших устройств.
Коллектив исследователей из Московского института стали и сплавов под руководством заведующего кафедрой материаловедения полупроводников и диэлектриков профессора Юрия Пархоменко представил прототипы радиоизотопных батареек, созданных по технологии преобразования энергии бета-излучения в электрическую энергию на основе монокристаллов пьезоэлектриков. В качестве источника использован радиоактивный изотоп «никель-63». Его период полураспада около 100 лет, что позволяет создавать элементы питания со сроками службы до 50 лет. Хотя бета-распад — один из видов радиоактивного излучения, людям нечего бояться.
Бета-излучение в данном случае обладает малой проникающей способностью и легко задерживается оболочкой.
Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63. Компания планирует наладить выпуск батарейки и ее модификаций для массового использования в смартфонах и даже медицинских устройствах. Впрочем, российские ученые в перспективности проекта коллег из Поднебесной сомневаются.
Если ее перевести в электрическую, то получим «батарейку». У каждого изотопа на один или несколько электронов больше, чем нужно. И они, в зависимости от своей структуры, рано или поздно стремятся «отдать» лишнее. При этом выделяется тепло, его и переводили в электрическую энергию. Как пустить тепло по электрическим проводам? На тот момент уже были известны разные методы. Термоэлектрический — если спаять два провода из разных металлов и нагревать один из них, то по ним пойдет ток.
Позже появился термофотоэлектрический — улавливать «детектором» в инфракрасном спектре фотоны. Или даже термоэлектрический конвертер, начинка которого из расплавленных солей натрия и серы при нагреве тоже даст электричество. В общем, перевод энергии из одного вида в другую не был проблемой. Период полураспада — срок жизни изотопов. У 238-го он 87,7 лет. Через этот срок в килограмме лишь половина вещества останется изотопом, а остальная часть избавится от «лишних» электронов и в данном случае превратится в уран-234. Через еще 87,7 лет останется лишь 250 граммов.
Не получится загрузить на борт космического аппарата десяток батареек и менять их по мере надобности — они все начинают работу еще до того, как их подключают к системе. Постоянное уменьшение количества радиоактивного топлива означает и уменьшение тепла и электричества. Но не все так плохо. В космосе не только светло, но и темно В батарейках на основе диоксида плутония-238 увидели смысл в космической промышленности. Например, на околоземной орбите спутнику достаточно солнечных батарей размером с 4 парковочных места. Для полета к Марсу понадобится вдвое большая площадь. К Юпитеру — еще увеличить раз в 8.
Чем дальше от Солнца летит космический аппарат, тем меньше и меньше и меньше эффективность солнечных батарей.
Мини-атомная электростанция
- Мирный атом - мой знакомый патологоанатом...
- В Китае создали способную работать 50 лет батарейку | Новости мира | Известия | 25.01.2024
- В Красноярском крае разработана атомная батарейка, работающая 50 лет
- Как делают ядерные батарейки и зачем они нужны
- Другие новости
В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка
В отличие от литийионных аккумуляторов, атомная батарейка в тридцать раз компактнее и совершенно безвредна для человека. Учитывая, что батарейка которая указана в новости будет в продаже только в конце этого года, скорее у вас была другая батарейка, и может не ядерная, хз. Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. В 1975 г. был впервые имплантирован кардиостимулятор РЭКС-А1, где источником питания служила плутониевая атомная батарейка. В итоге атомная батарейка способна проработать не менее 50 лет.
Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии
Кроме выбора радиоизотопа принципиально важным является выбор схемы преобразования энергии ядерного распада в электричество. На практике преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется преимущественно по непрямому ступенчатому принципу: энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в другие виды энергии, например в тепловую, химическую, механическую или световую энергию, а они уже превращаются в электричество. Почему никель-63? Сегодня ученые НИЯУ МИФИ занялись исследованием возможностей использования никеля-63 в качестве радиоизотопа для ядерных батарей в гражданском секторе. Это наиболее перспективный радионуклид: в миниатюрном элементе питания от излучаемого этим изотопом мягкого бета-излучения легко создать защиту, а его период полураспада - более 100 лет - достаточно длительный. Группа ученых из Института ЛаПлаз под руководством Петра Борисюка предложила оригинальную физическую систему, позволяющую провести эффективную генерацию вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных пленок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный многократными соударениями излучаемых изотопом бета-частиц.
Эта система является относительно простой, она представляет собой ансамбль плотно упакованных нанокластеров никеля, наночастицы которого осаждены на поверхности диэлектрика — оксида кремния. Ключевая особенность предложенной системы заключается в том, что наночиастицы никеля распределены по размерам, средний размер частицы постепенно изменяется в выделенном направлении.
Прототипы атомной батарейки NDB испытывались в Ливерморской национальной лаборатории и в "атомной" лаборатории Кембриджского университета. В компании NDB разработчик батарейки полагают, что источник позволит "вечно" снабжать энергией хоть смартфон, хоть крылатую ракету, находящуюся долгое время в автономном полете к цели. Создатели атомных батареек уже добились большого прогресса в уменьшении габаритов. Американская батарейка, к примеру, не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания.
Она позволяет обеспечивать значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия. Единственный недостаток американского устройства — быстро выходит из строя. С появлением мобильных атомных источников питания эксперты ожидают настоящий бум " на рынке мобильной электроники. Электронные гаджеты разного типа смогут оснащаться не только упрощённой версией атомной батарейки, но также и более сложной конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии. Стоить самая простая батарейка будет в недалеком будущем примерно 100 долларов. Самые дорогие обойдутся в одну тысячу долларов США.
Расширится область применения атомных источников питания с увеличением выпуска электрических автомобилей. Возможно, будет проявлен интерес со стороны компаний Илона Маска.
То есть если мы нагреваем, скажем, горячий спай тепловым источником, охлаждаем радиатором холодный спай, то возникает электродвижущая сила и начинает протекать электрический ток.
Евгений Крошкин, заместитель директора Научно-исследовательского института технической физики и автоматизации В качестве источника был изотоп стронция-90, это бета-распад, от которого защищает свинец, так что РИТЕГи были достаточно массивными. С семидесятых годов их устанавливали на метеостанциях на Сахалине, Чукотке, Камчатке, Курилах, в Балтийском регионе, вдоль Северного морского пути и в антарктических широтах. Радиоизотопные генераторы давали энергию автономным маякам, навигационным знаком для судов, гидрографическим станциям.
Это был идеальный источник электроэнергии, не обслуживаемый, в котором ничего не крутится, не вертится, который не надо часто менять. Только лишь ученые приезжали, снимали показания, и уезжали опять. Чтобы найти последние четыре генератора в Антарктиде, в 2015 была организована целая экспедиция.
Чем заменить снятые с эксплуатации генераторы? Сейчас на Севере используют солнечные батареи и ветряки, но батареи заледеневают, ветряки сносит пурга... Выручить может универсальная атомная батарейка, у которой и срок службы дольше, и КПД выше чем у советских ритегов.
РИТЭГи сделаны по технологии термоэлектрической генерации, а наши ядерные батарейки сделаны по технологии термофотовольтаического преобразования. Пётр Борисюк, заведующий кафедрой физико-технических проблем метрологии Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Морозы ядерной батарейке не помеха, в лаборатории уже протестировали систему, которая может работать при самом суровом минусе, на Северном морском пути например. Наша ядерная батарейка является продолжением РИТЭГа, это фактически РИТЭГи второго поколения, на другом принципе преобразования, более эффективные, более надежные и фактически позволяют вам запитывать удаленные инфраструктурные объекты индивидуальными источниками питания.
Американские разработчики воспользовались открытием российских ученых и добавили в резину сверхпрочный графен. Кроссовки с такой инновационной подошвой носятся в два раза дольше обычных. Гибкость тоже улучшается, когда добавляется графен", — объяснил научный сотрудник Массачусетского технологического института Аравинд Виджайарагхаван. Среди водителей давно хотят байки о вечных покрышках. Якобы они давно существуют, но хитрые производители не хотят выпускать их на рынок, чтобы не потерять прибыль. И вот в НАСА действительно изобрели вечное колесо.
Современная разработка похожа на средневековую кольчугу. Только сплетена покрышка не из колец, а из спиралей. Их делают из титано-никелевого сплава, который легко восстанавливает форму после деформации. Разработали чудо-колеса для марсианского бездорожья. Но вполне вероятно, что на космическую технологию быстро обратят внимание на Земле. Ведь так уже было.
После того как на поверхность Красной планеты приземлился марсоход на сверхпрочных нейлоновых стропах, этот материал позаимствовали производители автомобильных шин. Космические технологии помогли увеличить пробег на 16 тысяч километров. О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ. Подпишитесь и получайте новости первыми Читайте также.
Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет
При этом ее размер не больше монеты. Об этом сообщает Oddity Central 24 января. Авторами изобретения стали специалисты из компании Betavolt. Компания утверждает, что она является первой, кто успешно миниатюризировал атомную энергию, поместив 63 ядерных изотопа в батарею размером меньше монеты.
В процессе окисления этих плёнок на металлическом ядре образуется оксидная оболочка, что увеличивает эффективность источника питания. Кроме того, никель-63 испускает мягкое бета-излучение, поэтому для него легко создать физическую защиту. Это делает применение никеля-63 достаточно доступным. Ранее телеканал «Санкт-Петербург» сообщил , что китайская компания BOE представила на Европейской выставке профессионального аудиовизуального оборудования уникальный монитор, который позволяет видеть 3D-изображения без очков.
Учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку, которая в десять раз мощнее и вдвое дешевле существующих аналогов. Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи. Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков.
В качестве источника могут использоваться разные изотопы, поясняет Сергей Леготин.
Чаще всего говорят о батарейках на основе трития, плутония или изотопа никель-63. От вида изотопа зависит, сколько времени будет работать батарейка и какие мощности выдавать. Структуру, состоящую из изотопа и полупроводников, помещают внутрь специального защищённого корпуса. Он спроектирован таким образом, чтобы радиация не выходила наружу, а сама батарейка могла пережить ударные нагрузки, перепады температур и давления. Получается надёжная и практически автономная конструкция, изолированная от окружающей среды.
Ядерные батарейки не нуждаются в подзарядке и могут работать в течение многих лет. В теории — пока не достигнут периода полураспада изотопа, который в них находится. На практике ещё нужно учитывать деградацию других элементов, например полупроводников. Какими бывают ядерные батарейки и как они работают Источники энергии на основе изотопов можно разделить на две категории: тепловые и нетепловые. Всё зависит от того, каким образом из энергии ядерного распада получают электричество.
РИТЭГ: что было до ядерных батареек. Такие устройства использовали в космосе, в тех местах, где невозможно применять солнечные батареи. Например, на космических кораблях, которые отходят далеко от Солнца. Внутри устройства — радиоактивный изотоп, который распадается естественным путём и при этом выделяет тепло. Специальные элементы преобразуют это тепло в электричество.
РИТЭГ — хорошо изученная технология, но не слишком эффективная. При таком способе преобразования теряется много энергии. К тому же термические преобразователи громоздкие и хрупкие, пользоваться ими не очень удобно. Нужна была более совершенная технология. Электронно-вольтаический эффект и сэндвич-структура.
В 50-х учёные выяснили, что бета-излучение радиоактивных изотопов может генерировать электрический ток, если проходит через полупроводники. На основе этого эффекта начали создавать генераторы. Изотоп испускает частицы, а полупроводниковая часть преобразует эти частицы в энергию», — поясняет Сергей Леготин. С помощью таких «сэндвичей» стало можно создавать источники питания, которые вырабатывали бы энергию в течение многих лет без подзарядки. Но у таких батареек тоже были свои минусы: бета-вольтаические элементы дают довольно слабый электрический ток.
Поэтому батарейка может питать только маломощные элементы, а для питания чего-то более мощного нужен целый кластер из множества бета-вольтаических элементов. Со временем полупроводниковые технологии совершенствовались. Стало возможно создавать структуры с улучшенным качеством преобразования энергии изотопа в ток. Многие современные ядерные батарейки тоже пользуются бета-вольтаическими элементами. Термофотовольтаика и светящиеся капсулы.
Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку
Про супер-долгую атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью". Миниатюрную атомную батарейку разработали учёные НИТУ «МИСиС». Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. Учитывая, что батарейка которая указана в новости будет в продаже только в конце этого года, скорее у вас была другая батарейка, и может не ядерная, хз. В России разработана атомная батарейка. Эта батарейка будет полувечной: новости из мира энергетики будущего.
В России создана атомная батарейка, которая способна работать 20 лет
- Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
- В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки | Официальный сайт НИЯУ МИФИ
- Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет - Российская газета
- Рекомендуем
- 80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
- Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет - Российская газета
Российские учёные создали прототип ядерной батарейки, которую можно не заряжать годами
По мнению Betavolt, разработку можно будет использовать в мобильных телефонах их никогда не придётся заряжать! Ядерная батарейка уже проходит испытания и в будущем будет готова к серийному выпуску и использованию в коммерческих продуктах. Правда, конкретные сроки, как и стоимость, пока не озвучены.
Итак, что же такое — "тысячелетняя атомная батарея"?
Начнем с того, что ее корпус сделан из необычного материала — синтетических наноалмазов. Внутрь корпуса помещен радиоактивный сердечник, изготовленный из переработанных ядерных отходов, — углерода-14. Этот изотоп применяется в ядерной медицине, с его помощью диагностируют заболевания желудочно-кишечного тракта.
Ядерные реакторы, использующие воду в активной зоне, также являются источником углерода-14. Дальше процитируем пресс-релиз: "Радиоизотопы выделяют большое количество тепла. Благодаря неупругому рассеянию, возникающему из-за присутствия монокристаллического алмаза, конструкция предотвращает самопоглощение тепла радиоизотопом и обеспечивает быстрое преобразование в электроэнергию".
Фото: Nano Diamond Battery Тесты, проведенные в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, подтвердили, что атомная батарейка безопасна для человека и окружающей среды: радиационный фон вокруг нее остается в норме.
Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность 17 Января 2023 Специалисты российского НИТУ "МИСиС" практически завершили работы по перспективному автономному и при этом миниатюрному источнику питания, выполненному в виде плоской "батарейки" с компактными размерами, способной проработать не менее 20 лет. Новая разработка имеет бетавольтаический элемент с двусторонним нанесением радиоактивного элемента и оригинальной трехмерной структурой, из-за чего данный источник питания имеет небольшие размеры, повышенную удельную мощность, а также низкую себестоимость при массовом производстве.
Срок её службы — пятьдесят лет. Ближайшую перспективу применения атомных батареек создатели видят в медицине. Например, в производстве кардиостимуляторов.
Что еще почитать
- Для каких применений?
- Регистрация
- Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
- Как работают ядерные батареи
- Другие новости
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
Китайский стартап Betavolt разработал атомную батарейку, которая может вырабатывать энергию в течение 50 лет без необходимости зарядки. Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или.
Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность
Ученые российской атомной отрасли вплотную приблизились к созданию так называемого бета-вольтаического источника питания на основе радиоактивного изотопа никель-63. Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Группа исследователей из НИТУ «МИСиС» продемонстрировала прототип атомной батарейки, величина которой сопоставима с USB-флешкой. Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет.
Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку
Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. В отличие от литийионных аккумуляторов, атомная батарейка в тридцать раз компактнее и совершенно безвредна для человека. Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом».