|
Китайцы создали безопасную атомную батарейку, которая может непрерывно работать 50 лет
|
Учёные из Северо-Западного педагогического университета в Ланьчжоу, провинция Ганьсу, сообщили о создании атомной батарейки на изотопе углерод-14 (¹⁴C). Батарея рассчитана на 50 лет работы без снижения выходного напряжения и может использоваться для питания кардиостимуляторов, космических аппаратов и устройств, работающих в экстремальных условиях.
Разработчики заявляют, что это первая созданная в Китае батарея на изотопе ¹⁴C, и она может существенно изменить ситуацию в сфере автономного питания в стране. До недавнего времени Китай импортировал углерод-14 из Канады, Южной Африки, Австралии и России. Однако в прошлом году китайские исследователи наладили собственное производство этого изотопа на одном из местных реакторов, что позволит отказаться от дорогостоящих закупок за рубежом.
Максимальная выходная мощность батареи достигает 433 нановатт. В процессе радиоактивного распада ¹⁴C образуются электроны и позитроны. Электроны улавливаются полупроводниковыми переходами на границе с радиоактивным материалом, благодаря чему возникает электрический ток.
Изотоп углерод-14 накапливается в мёртвой органике и широко используется для радиоуглеродного датирования. Его период полураспада составляет 5730 лет. Согласно расчётам, китайская батарея на ¹⁴C за 50 лет работы потеряет лишь 5 % мощности. Это означает, что теоретически она сможет непрерывно питать автономные устройства 100 лет и более, что особенно важно для дальних космических миссий.
В лабораторных условиях учёные протестировали работоспособность батареи при охлаждении до -100 °C и нагреве до 200 °C. Во всех случаях атомная батарея обеспечивала номинальный уровень тока и работала без сбоев. В ходе испытаний источник питания более четырёх месяцев непрерывно обеспечивал работу светодиодной лампы.
В разработке атомной батарейки учёным помогали специалисты компании Beita Pharmatech, которая использует углерод-14 для изготовления препаратов научного и медицинского назначения. На основе полученного опыта сотрудники университета планируют создать роботизированную линию для промышленного производства атомных батареек.
Изотоп углерод-14 относительно безопасен для человека. Атомные батарейки на его основе могут на протяжении всей жизни питать имплантаты и кардиостимуляторы, тогда как современные источники питания рассчитаны лишь на 15 лет работы. Китайские учёные не единственные, кто стремится использовать ¹⁴C в подобных разработках. В конце 2024 года появилась информация о схожем проекте британских исследователей.
Китайские ученые разработали ядерную батарею на углеродной основе, способную работать без подзарядки 100 лет
Китайская компания Betavolt представила новую революционную технологию, заявив о создании миниатюрной ядерной батареи, способной функционировать десятки лет без подзарядки. Разработка направлена на использование в авиации, медицине, промышленности и военной сфере, открывая новые возможности для автономных систем энергоснабжения.
Компания заявляет, что батарея не выделяет опасного излучения, не представляет угрозы для окружающей среды и безопасна в использовании. Разработчики подчеркивают, что устройство не подвержено самовозгоранию, не взрывается и остается работоспособным при температурах от -60 до +120 градусов Цельсия.
Возможности применения охватывают медицинские импланты, обеспечивающие бесперебойную работу кардиостимуляторов и искусственных органов, а также авиационно-космическую технику, беспилотные летательные аппараты, стратегическое военное оборудование и промышленные системы мониторинга.
Производственные испытания находятся на завершающей стадии. Серийный выпуск батареи запланирован на конец 2025 года, что может привести к значительным изменениям в энергетическом секторе и электронике будущего.
Создана батарея, работающая на ядерных отходах и имеющая неограниченный срок службы
Ученые из Университета штата Огайо разработали батарею, которая использует энергию ядерных отходов для питания микроэлектроники. Батарея, размером всего 4 кубических сантиметра, создана на основе сцинтилляционных кристаллов и солнечных элементов, преобразующих излучение отходов в электричество.
В экспериментах с цезием-137 батарея произвела 288 нановатт, а с кобальтом-60 — 1,5 микроватта, что достаточно для питания небольшого датчика. Исследователи считают, что технологию можно масштабировать для питания более крупных устройств, размещая батареи рядом с источниками ядерных отходов.
Хотя масштабирование будет дорогостоящим, ученые полагают, что в будущем такие батареи станут экономичными и обеспечат практически неограниченный срок службы.
В Южной Корее разработали радионуклидный источник питания на базе углерода-14, способный работать десятилетиями
Физики из Южной Кореи разработали новый радионуклидный источник питания, который работает на углероде-14. Это так называемые бета-вольтаические элементы — батареи, которые превращают энергию бета-распада (выделение электронов) в электричество. Главным достижением ученых стало то, что они увеличили эффективность таких батарей, сделав их перспективными для использования в медицине, например, в кардиостимуляторах, которые смогут работать всю жизнь пациента.
Обычные бета-вольтаические элементы преобразуют в электричество менее 1% энергии бета-частиц, но корейские исследователи подняли этот показатель до 3%. Они изменили конструкцию батареи: углерод-14 в виде наночастиц и квантовых точек теперь наносят не только на анод (отрицательный полюс), но и на катод (положительный полюс). Такой подход позволил лучше использовать энергию распада и повысить КПД.
Для еще большей эффективности в батарею добавили краситель на основе рутения. Он помогает бета-частицам лучше взаимодействовать с полюсами, снижая потери энергии при передаче зарядов. Благодаря этим улучшениям новые элементы питания стали более практичными. Их можно применять не только в кардиостимуляторах, но и в автономных системах или космических аппаратах, где важны долговечность и безопасность.
Создана революционная батарея, она заряжается на 70% за 45 секунд
Китайские ученые разработали новый материал для литий-ионных аккумуляторов, позволяющий заряжать их до 70% всего за 45 секунд. Этот материал на основе оксида ниобия вольфрама обладает уникальной атомной структурой, которая динамически подстраивается под скорость зарядки. При быстрой зарядке ионы лития распределяются хаотично, что уменьшает деформацию кристаллической решетки и увеличивает их подвижность, ускоряя процесс зарядки.
Для оптимизации процесса ученые добавили восстановленный оксид графена в качестве поверхностного слоя. Он направляет ионы лития к оптимальным точкам входа, дополнительно повышая эффективность зарядки. Прототип батареи с модифицированным материалом (rGO/Nb16W5O55) при температуре 80°C достигает емкости 116 мА·ч/г за 45 секунд и сохраняет 77% емкости после 500 циклов быстрой зарядки. Плотность энергии такого аккумулятора достигает 406 Вт·ч/кг.
Несмотря на впечатляющие результаты, перед коммерциализацией технологии необходимо решить несколько задач. Эффективность материала снижается при увеличении толщины электрода, что ограничивает емкость батареи. Кроме того, существующие электролиты не полностью совместимы с такими высокими скоростями зарядки.
В Университете штата Огайо разработали новый вид батарейки на основе радиоактивных отходов
Исследователи из Университета штата Огайо предложили перспективный способ утилизации радиоактивных отходов, который может одновременно решить две задачи: безопасное обращение с опасными материалами и создание источников питания с длительным сроком службы.
Сегодня радиоактивные отходы хранят в специальных условиях, что требует значительных затрат и сложной инфраструктуры. Однако такие отходы могут служить источником энергии для автономных систем.
Известно, что при взаимодействии гамма-излучения с определёнными материалами возникает явление сцинтилляции — спонтанного свечения. Высокоэнергетические фотоны возбуждают электроны в атомах, переводя их в возбужденное состояние. Возвращаясь в исходное состояние, электроны испускают фотоны, которые можно преобразовывать в электрический ток с помощью фотоэлектрических ячеек.
Учёные предложили использовать радиоактивные отходы в качестве источника гамма-излучения. Также можно улавливать «дикое» гамма-излучение от работающих атомных реакторов, например, на АЭС. Ключевая задача — разработка эффективной батареи, объединяющей вещество-сцинтиллятор и фотоэлектрическую ячейку. Исследователи из Огайо создали такой прототип.
Опытный образец объёмом 4 см³ содержал кристаллы сцинтиллятора и фотоячейку на основе теллур-кадмиевого диода Шотки (CdTe). В качестве источника гамма-излучения использовали изотопы цезия-137 или кобальта-60 — распространённые компоненты радиоактивных отходов.
Испытания в лаборатории ядерных реакторов Университета штата Огайо показали многообещающие результаты. Батарея на основе цезия-137 вырабатывала 0,288 мкВт, а с более мощным кобальтом-60 — до 1,5 мкВт, чего достаточно для питания миниатюрных датчиков.
Эта технология открывает новые возможности для переработки ядерных отходов, превращая их из проблемы в источник энергии. «Мы собираем то, что обычно считается отходами, и превращаем это в ценность», — отмечают разработчики.
Однако учёные признают, что технология пока далека от массового внедрения. Основные сложности связаны с масштабированием производства и повышением выходной мощности батарей. Тем не менее исследования продолжаются, и в будущем такие устройства могут стать важным шагом в развитии автономных энергетических систем.
