Ядерный аккумулятор для ноутбука

Создана первая в мире «вечная» батарейка. Она стоит дешевле литиевых аккумуляторов. Видео

В США созданы первые прототипы бета-гальванической батареи, способной работать 28 тыс. лет. В ее основе лежит сердечник из переработанных ядерных отходов, но для человека она безопасна за счет покрытия из специальных синтетических алмазов. В России тоже есть подобные батареи, но они работают не дольше 20 лет.

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. В отечественном институте НИТУ «МИСиС» бета-гальванические элементы питания называют бетавольтаическими.

Как сообщил ресурсу New Atlas исполнительный директор Nano Diamond Battery Нима Голшарифи (Nima Golsharifi), одна такая батарейка может работать до 28 тыс. лет. 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.

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. Это очень дешевые в производстве аналоги обычных алмазов.

Изотопы радиоактивного элемента в процессе так называемого «неупругого рассеяния» взаимодействуют с алмазным покрытием, и в итоге энергия бета-излучения преобразуется в электрический ток.

Столь значительный период работы батарей разработчики объяснили тем, что используемое в качестве сердечника вещество может оставаться радиоактивным сотни и тысячи лет. Они отметили также, что такие батареи могут вырабатывать чрезмерно большое количество энергии, которую они предлагают хранить в дополнительной «буферной» емкости. В качестве такой емкости могут служить суперконденсаторы, а в России, как сообщал CNews, как раз научились изготавливать их из бесполезного сорного растения – борщевика.

Лабораторные испытания

Прототипы бета-гальванических батарей, разработанные в Nano Diamond Battery, были протестированы в двух лабораториях – Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и Ливерморской национальной лаборатории им Э. Лоуренса. Результаты испытаний показали, что творение ученых компании обходили другие элементы питания на основе синтетических алмазов – если те демонстрировали 15-процентный прирост эффективности в сравнении с традиционными батареями, включая литий-ионные, то в случае разработки Nano Diamond Battery этот показатель был 40-процентным.

В то же время разработчики пока не могут точно сказать, когда элементы питания, основанные на разработанной ими технологии, начнут использоваться повсеместно. Первые версии таких элементов питания, пригодные для повседневного использования, могут появиться в течение двух лет.

По их заявлению, использование таких батарей, к примеру, электромобилях намного более эффективно в сравнении с литиевыми. При тех же габаритах они смогут нести в себе большее количество энергии, а использование дешевого искусственного алмаза вместо дорогого лития позволит снизить итоговую стоимость электрокаров.

Тем временем в России

Отечественные специалисты тоже смотрят в сторону атомных портативных элементов питания. К примеру, сотрудники НИТУ «МИСиС» в августе 2020 г. продемонстрировали собственный прототип такой батареи, конструкция которой основана на запатентованной микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента. Срок службы такой батарейки – 20 лет.

Особенность трехмерной структуры батарейки заключается в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.

За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента размеры батареи, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.

«Выходные электрические параметры предложенной конструкции составили: ток короткого замыкания IКЗ — 230 нА/см 2 (в обычной планарной — 24 нА), итоговая мощность — 31 нВт/см 2 , (в планарной — 3 нВт). Конструкция позволяет на порядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде β-источника, в электроэнергию, что в перспективе снизит себестоимость источника примерно на 50% за счет рационального расходования дорогостоящего радиоизотопа, — отметил один из разработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС».

Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.

Источник

Ядерные батарейки и перспективы их использования

Последнее время часто появляются новостные заметки о том, что российские специалисты из институтов Росатома освоили выпуск ядерных батареек. Часть информации про выпуск элементов на основе технологии радиоактивного распада никеля-63. Другие – про технологию на основе энергии распада трития. Есть и вот такие прототипы:

Опытные образцы на выставке в 2017 г. Напряжение 2 В. Срок работы – 50 лет. Никель-63 имеет период полураспада 100 лет. Т.е. теоретически батарейка может работать и дольше 50 лет.

Энергия для таких элементов получается за счет бета-распада радиоактивного изотопа никель-63. Это не проникающее излучение из электронов. От него можно закрыться листком бумаги. Поэтому, в корпусе из тонкого металла радиоактивный источник не опасен. Электроны улавливает либо углерод, либо кремний.

Если говорить о характеристиках и устройстве такого элемента, то вот схема:

1 грамм вещества выделяет 3,3 Вт*ч электроэнергии. Стоимость элемента — 4000$. Подробнее о том, как получают изотоп Ni-63 здесь: https://wiolowan.livejournal.com/23640.html

Конструкция ядерной батарейки на Ni-63:

Так же попадаются новостные статьи, что Росатом ведет исследования и разработки в области технологий атомных батареек на основе трития (Н-3 — тяжелый изотоп водорода). Тритий тоже имеет бета-излучение. Но период полураспада всего 12,5 года. Поэтому, тритиевая ядерная батарейка может проработать всего 10-12 лет. Дальше ее напряжение сильно падает.

В США тоже есть разработки ядерных батареек, созданных по тритиевой технологии:

Ядерная батарейка NanoTritium компании CityLabs создана в 2018 г. Напряжение: 0,75 В. Мощность 75 нВт. Производят в корпусе микросхем LCC68 и LCC 44. Стоимость — 1200$.

Спектр применения таких батареек широк: микроэлектроника, импланты, датчики и т.д. И вроде как вырисовывается перспектива недалекого будущего, когда такие или гораздо более мощные элементы будут устанавливаться в телефонах или иных приборах. И их 10 лет не нужно будет заряжать.

Эти идеи долговечных батареек были в головах инженеров еще 50 и более лет назад:

Вот пример батарейки для кардиостимулятора образца 1974г., работающая на плутонии-238 (на второй фотографии радиоактивный элемент извлечен):

Плутония в устройстве крайне мало – всего 0,2 гр. Но его работы хватает на десятки лет. В настоящее время использование плутония запрещено с целью предотвращения создания ядерного оружия.

Скорее всего, мировые организации по типу МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) позволит развивать для розничного рынка потребления только маломощные электрические источники с радиоизотопами на бета-распаде. И самый доступный элемент – это тритий. Этот газ продают даже в брелоках, которые постоянно святятся на протяжении не менее 10 лет:

Брелок наполнен люминесцентным газом с добавлением трития. Бета-распад заставляет газ светиться. Вариантов цвета несколько. Альтернативная ссылка на aliexpress

Бетта-излучение не проникает за стекло. Излучение остается внутри. Такая вот долго работающая подсветка.

Если в целом посмотреть на перспективы использования ядерных батареек, то из-за своей малой мощности и пока высокой стоимости, они будут применяться узкоспециализированно только в кардиологии (кардиостимуляторы), микроэлектронике (датчики, питание памяти и иные чипы) дорогостоящих устройств. Разумеется, такая электроника будет применяться и в космонавтике.

Что до использования технологии в бытовой электронике (телефоны, планшеты, ультрабуки), то пока ядерные батареи не подешевеют до уровня цен микросхемы процессора – их использование будет ограничено. Использовать для подзарядки – нет смысла (мощности микроватты и меньше). А вот как точечная подсветка чего-либо важного – идея интересная.

Конечно же, хотелось бы в быту иметь портативные ядерные батареи как у киногероя Тони Старк из фильма «Железный человек» (но на полке или в автомобиле). Кстати, интересный футуристический сценарий. Если имелись бы такие радиоизотопные батареи с электрической мощностью хотя бы в 1000 Вт*ч, то ими можно в ночное время (или во время стоянки) подзаряжать АКБ электромобилей. И авто стали бы полностью автономные.

Но на элементах, использующие бетта-распад такие мощные батарейки физически невозможны. Ну, а более мощные реакторы простым гражданам просто не позволят использовать. Хотя такие реакторы есть. И на это есть объективная причина. О ней расскажу в следующей статье.

Подписывайтесь на канал, добавляйте его в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.

Источник

Сколько стоит ядерная батарейка и есть ли у нее будущее?

Сейчас одна из основных проблем, с которой сталкиваются пользователи мобильных гаджетов это быстрый разряд аккумуляторов, ведь соотношение емкости современных аккумуляторов к потребляемой мощности оставляет желать лучшего, однако уже давно подсветка на основе ядерной энергии применяется в наручных часах и может работать десятки лет.

Появляется соблазн использовать ядерную энергию, например, в смартфонах, такая батарейка переживет не одно поколение гаджета. Как же обстоят дела с разработками в этой области?

Вот пожалуйста батарея для смартфона на основе того же трития, срок ее службы оценивается в 20 лет , напомню, что период полураспада трития, 12.5 лет, купить такой источник энергии можно за 75000 рублей, правда их потребуется несколько напряжение одной около 2 вольт

А вот отечественная разработка на основе изотопа никеля-63, которую Росатом представил еще в 2017 году. Этот элемент еще не поступил в продажу, однако срок его службы целых 50 лет

А одна из самых перспективных является источник питания на углероде-14, ведь его период полураспада аж 5730 лет , такую батарейку могут передавать по наследству не одно поколение пользователей, к тому же этот изотоп не токсичен, разработка такой батареи идет, например в самарском СамГУ с 2016 года и уже представлены опытные образцы

Ядерные носимые источники — это практически наступившее будущее, современные технологии позволяют надежно экранировать излучение бета-распада, таким образом скоро может наступить новый виток технологического развития.

Если было интересно-подпишитесь на канал, буду очень признателен!

Источник

Российские ученые создали атомную батарейку, которая способна работать до 20 лет

Ученые из российского университета «МИСиС» сообщили, что создали совершенно уникальный аккумулятор на основе атомов со сроком службы до 15-20 лет (возможно, что и больше).

В основе источника питания небольших размеров лежит особая микроканальная 3D-структура никелевого бетавольтаического элемента. Любопытно, что радиоактивная составляющая размещена сразу с двух сторон планарного p-n-перехода. Это позволяет не только упростить создание самого элемента, но и исключить «кражу» мощности обратным током.

Такая необычная структура дала возможность повысить эффективную площадь излучения в четырнадцать раз, а также увеличить силу тока. Кроме того, новая российская атомная батарейка примерно в 3 раза меньше ближайших аналогов. А стоимость ее производства уменьшена вполовину.

Автономность феноменальная — два десятилетия.

Сфера применения такого аккумулятора крайне широкая. Батарея может быть использована как в качестве источника резервного питания, а также в роли температурного датчика в сложных условиях. Она подойдет для работы под водой, в космическом пространстве, в горных районах или при очень высокой температуре (в зонах, куда человеку не добраться).

Создатели ожидают, что спрос на их батарею будет исключительно высоким. Сейчас в промышленности требуются компактные аккумуляторы с большим сроком службы.

Атомная мини-батарея из России может стать одной из самых популярных в мире в будущем.

Результаты трудов наших ученых уже опубликованы в известном зарубежном научном журнале Applied Radiation and Isotopes.

Наконец, многие специалисты из других стран уже признали изобретение. Изобретатели сейчас находятся на стадии патентования.

Изучить устройство батареи вы можете по этой ссылке.

«МИСиС» является российским национальным исследовательским технологическим университетом. Это первый вуз в стране, сумевший получить статус «Национального исследовательского технологического университета».

Источник