Прототип компактных ядерных батарей на основе углерода-14 будет питать имплантаты и датчики тысячелетиями

Учёные из Южной Кореи, представляющие Институт науки и технологии Тэгу Кёнбук, разработали экспериментальный образец батареи с потенциалом генерировать электричество на протяжении десятилетий без необходимости в подзарядке. Сердцем этой технологии является радиоактивный углерод-14, который выделяет безопасные для человека бета-частицы. Энергия этих частиц преобразуется в электричество с использованием полупроводника на основе диоксида титана — материала, который обычно применяют в производстве солнечных панелей.

У литий-ионных аккумуляторов, популярных в современном мире, есть очевидные минусы: ограниченный срок службы, экологически вредное производство и утилизация, а также предельный уровень эффективности. «Производительность подобных аккумуляторов уже достигла своего пика», — отмечает профессор Ин Су Ил, который руководит исследованием. Команда учёных стремится использовать углерод-14, который является дешёвым и доступным побочным продуктом атомных электростанций с периодом полураспада в 5730 лет.

Рабочий принцип этой батареи напоминает солнечные элементы, однако здесь вместо света используются бета-частицы. Исследователи обработали полупроводник красителем на основе рутения и добавили лимонную кислоту, что помогло усилить эффект. При столкновении частиц с этим слоем запускается цепная реакция — так называемый «электронный лавинный эффект», который приводит к генерации тока. Существенным достижением стало двойное размещение радиоуглерода на электродах, что позволило сократить потери энергии и повысить КПД с 0,48% до 2,86%.

Подобные батареи идеальны для устройств, где частая замена источника питания неудобна или сопряжена с рисками: например, для кардиостимуляторов, датчиков в труднодоступных местах (таких как дно океана) или для космических аппаратов. Радиоактивное излучение безопасно, так как его блокирует алюминиевая фольга.

Тем не менее, текущая мощность прототипа недостаточна для использования в смартфонах или электромобилях. Следующей целью является оптимизация формы излучателя и поиск более эффективных материалов для поглощения частиц. «Мы движемся к эпохе, когда компактные ядерные элементы будут размером с палец», — утверждает профессор Ин.

Если разработчикам удастся повысить эффективность, эта технология может стать значимой частью климатической стратегии, снижая зависимость от лития и крупных атомных электростанций. Вместо этого миниатюрные «атомные» элементы смогут внедриться в повседневные устройства.

Источник: iXBT