Литий-ионные аккумуляторы в бытовых устройствах и электрокарах со временем разрушаются и требуют все более частой зарядки. Корейские ученые создали компактную атомную батарейку, способную превращать энергию радиоизотопов углерода в электрический ток на протяжении десятков лет — и безо всякого риска, связанного с радиацией. Теоретический срок службы — около 5700 лет.
Частая зарядка, необходимая для литий-ионных аккумуляторов, не просто неудобство. Она ограничивает потенциал мобильных технологий, к примеру, беспилотников или оборудования для дистанционного зондирования. К тому же, добыча лития требует больших затрат энергии, а неправильная утилизация литий-ионных аккумуляторов может загрязнять окружающую среду. При этом, с ростом количества подключенных устройств, дата-центров и других вычислительных технологий спрос на долговечные аккумуляторы продолжает расти.
Скорее всего, даже лучшие литий-ионные аккумуляторы не смогут удовлетворить этот спрос, пишет EurekAlert. Производительность литий-ионных аккумуляторов почти достигла предела. В качестве альтернативы литию команда ученых из Института науки и технологий Тэгу Кенбук (Южная Корея) разрабатывают атомные батарейки.
Атомные батарейки вырабатывают электричество, используя высокоэнергетические частицы, которые испускают радиоактивные вещества. Обычно для этого используются вещества, выделяющие мягкое бета-излучение, которое можно экранировать тонким листом алюминия.
Корейские ученые создали прототип бета-вольтаической батареи с углеродом-14, нестабильной и радиоактивной формой углерода. Радиоуглерод хорош тем, что излучает только бета-лучи, к тому же, как побочный продукт АЭС он недорог, легкодоступен и легко перерабатывается. Период полураспада радиоуглерода — около 5700 лет.
Помимо излучателя, важнейшим компонентом бета-вольтаической батареи является полупроводник, отвечающий за выработку электроэнергии. Чтобы повысить эффективность преобразования энергии, Ин и его команда использовали полупроводник на основе диоксида титана, сенсибилизированного красителем на основе рутения. И усилили связь между диоксидом титана и красителем, обработав их лимонной кислотой. Когда бета-излучение радиоуглерода сталкивается с красителем, происходит каскадная реакция переноса электронов, так называемая электронная лавина. Она повышает эффективность работы полупроводника.
Присутствует радиоуглерод и в электродах. Обработав анод и катод радиоактивным изотопом, исследователи увеличили количество генерируемых бета-лучей и сократили потери энергии бета-излучения. По сравнению с предыдущей конструкцией батарейки с радиоуглеродом только на катоде, новая разработка имеет гораздо более высокую эффективность преобразования энергии: от 0,48 % до 2,86 %.
