Представьте себе, что замена батарей в устройстве происходит только один раз в десять лет или даже один раз в столетие. Ядерные батареи однажды могли бы сделать это, но их плотность мощности в настоящее время слишком низкая, чтобы быть очень практичной. Теперь российские исследователи разработали новую конструкцию ядерных батарей на основе никеля-63, которая имеет более высокую удельную энергию, чем обычные, имеющиеся в продаже батареи.
Ядерная энергия получает плохой рэп, благодаря тому, что любой ядерный материал, который ускользает от заключения, может задерживаться в окружающей среде на протяжении десятилетий или даже столетий. Но тем не менее, если должным образом содержать эту долговечность, ее можно использовать навсегда, выпуская энергию медленно и последовательно в течение многих лет.
Некоторые ядерные батареи работают через процесс, известный как бетавольтайка. Радиоактивный источник внутри устройства распадается и испускает бета-частицы (электроны и позитроны), а когда они взаимодействуют с полупроводниковым слоем, они могут создавать электрический ток. В то время как эти батареи могут обеспечить постоянную передачу энергии в течение длительных периодов времени, их низкая плотность мощности означает, что энергия медленно вытекает.
Обеспечение относительно низкой энергии в течение длительного времени делает ядерные источники энергии отличными для приложений, где трудно менять батарею, например, космические аппараты или имплантируемые устройства, такие как кардиостимуляторы. В последние несколько лет мы видели ядерную батарею на основе стронция, которая разделяет молекулы воды для производства электроэнергии, и батарею NanoTritium с 20-летним сроком службы.
Новый проект, разработанный исследователями из Московского физико-технического института, института сверхтвердых углеродных материалов (TISNCM) и Национального университета науки и техники MISIS, использует радиоактивный изотоп никель-63, который имеет период полураспада более 100 лет. Команда разработала новый макет, который улучшает плотность мощности батареи.
Исследователи определили, что слои никеля-63 будут наиболее эффективными при толщине всего в два микрона, и если эти радиоактивные источники будут зажаты между алмазными диодами толщиной 10 микрон. Прототип ядерной батареи команды содержал 200 из этих алмазных энергопреобразователей и обеспечивал выходную мощность около 1 мкВт (мкВт). Его плотность мощности составляла 10 мкВт на см3, что означает, что он может использовать современный кардиостимулятор.