28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Рассказываем о "вечных" технологиях. В Китае изобретели ядерную батарейку со сроком работы до 50 лет.
Появился проект вечной квантовой батарейки
Для обеспечения максимальной безопасности для пользователя изотопы экранированы несколькими слоями синтетического алмаза - одного из самых твердых материалов, которые можно повредить или сломать. Энергия поглощается в алмазе путем неупругого рассеяния, которое используется для выработки электроэнергии. Поскольку бесконечный аккумулятор самозаряжается, любой избыточный заряд хранится во вторичных запоминающих устройствах, таких как конденсаторы, суперконденсаторы и вторичные элементы. Заряд, генерируемый, оптимизируемый и хранимый NDB, может использоваться для питания устройств любого размера, от самолетов и ракет до электромобилей, слуховых аппаратов, смартфонов, датчиков и многого другого. Сейчас компания добилась значительного прогресса в лабораторных испытаниях с Национальной лабораторией Лоренса Ливермора, с одной стороны, и Кавендишской лабораторией Кембриджского университета, с другой.
Цель NDB сейчас - вывести на рынок версию Nano Diamond Battery, максимальный срок службы которой составляет 28 000 лет. Компания говорит, что она абсолютно гибка в выборе типа используемой аккумуляторной батареи.
Батарея выдает мощность 100 микроватт Компания Betavolt заявила, что ее первая ядерная батарея может выдавать мощность 100 микроватт мкВт и напряжение 3 вольта при размере 15x15x5 кубических миллиметров, однако к 2025 году она планирует выпустить батарею мощностью 1 Вт. Компактный размер позволяет использовать сразу несколько ядерных батарей для производства большего количества энергии При этом смартфоны, в которых используется даже один миниатюрный радиоизотопный генератор, никогда не нужно будет заряжать, а дроны смогут летать без подзарядки в течение всего срока эксплуатации. Как утверждают в стартапе, многослойная конструкция батареи позволяет избежать возгорания или взрыва из-за внешнего воздействия. Она также способна работать при температуре от минус 60 до плюс 120 градусов Цельсия. Фото: Betavolt Фото: Betavolt Также в компании заявили, что атомная батарея абсолютно безопасна для здоровья человека и окружающей среды, не генерирует ионизирующего излучения и пригодна для использования в медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы и искусственные сердца.
После распада 63 изотопа превращаются в стабильный изотоп меди, который нерадиоактивен и не представляет никакой угрозы. США и Европа также работают над созданием миниатюрных ядерных батарей Ядерные батареи или радиоизотопные генераторы — это устройство, в которых энергия распада радиоактивного изотопа преобразуется в электрическую энергию.
Батарея работает, преобразуя энергию, выделяемую при распаде изотопов, в электричество. Первая ядерная батарея Betavolt может обеспечивать мощность 100 микроватт и напряжение 3 В, при размерах 15 x 15 x 5 кубических миллиметров. Компания заявила о планах по производству батареи мощностью 1 ватт к 2025 году.
Как утверждают ученые, они могут работать без подзарядки в течение нескольких лет.
В основе системы данной батарейки лежит бета-распад никеля-63. То есть, в ней увеличен токовый сигнал, потому что регенерация вторичных электронов происходит внутри наноструктурированных пленок никеля.
Ученые разработали вечные батарейки со сроком службы в тысячи лет
«Помещая радиоактивный материал внутрь алмаза, мы превращаем проблему ядерных отходов в батарейку для длительной выработки чистой энергии», — заявил Скотт. Физики из Университета Бристоля предложили концепцию «вечной» батареи на основе алмаза из радиоактивного изотопа — углерода-14. Студентка из МФТИ Екатерина Вахницкая разработала вечную батарейку для кардиостимуляторов.
Вечная батарейка? Российские учёные сделали элемент питания со сроком работы 10 лет
28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Рассказываем о "вечных" технологиях. Российские учёные создали прототип батарейки на изотопе плутония. Китайские ученые создали «вечную» ядерную батарею, которая может производить энергию до 50 лет без подзарядки. Вечная батарейка. Российские ученые нашли способ продлить работу этого зарядного устройства. Российские физики создали материал для "вечной" космической батарейки читайте также.
Алмазные батареи, работающие на ядерных отходах, могут прослужить тысячи лет
Чтобы создать аккумуляторный элемент, несколько слоев этого наноалмазного материала складываются вместе с крошечной интегральной схемой и небольшим суперконденсатором для сбора, хранения и мгновенного распределения заряда. NDB заявляет, что этот элемент может быть упакован в любой батарейный форм-фактор или стандарт, включая AA, AAA, 18650, 2170 или любые нестандартные размеры. NDB заявила, что уровни излучения от такой батареи будут меньше, чем уровни излучения, производимые самим человеческим телом, что делает его полностью безопасным для использования в различных областях. В небольшом масштабе это могут быть такие вещи, как батарейки для кардиостимуляторов и другие электронные имплантаты, долгий срок службы которых избавит пользователя от операций по замене. Они также могут быть размещены непосредственно на печатных платах, обеспечивая питание в течение всего срока службы устройства. Самое важное — стоимость такого аккумулятора, как обещают в NDB, будет сопоставима или даже дешевле литий-ионных батарей соответствующей мощности. Что делает возможным мир, где комплект пальчиковых батареек можно будет купить один раз в жизни и потом передавать их из поколения в поколение. Смартфоны и прочую электронику можно будет больше не подзаряжать, более того, смартфоны можно будет производить без батарей — владелец переставит ее из старого устройства, как и аккумулятор из старой машины в новую.
После использования набор радиоактивных элементов в батарее преобразуется в стабильный изотоп меди, в котором нет никакой угрозы для здоровья и экологии. Разработку уже активно испытывают, скоро будет запущен ее серийный выпуск. Подпишитесь на нас.
Отметим, что эта микро-батарея может использоваться во всех имплантируемых медицинских устройствах. Подписывайтесь на нашу страницу новостей "Независимый Красноярск" в telegram. Мы в популярных социальных сетях Загрузка.
В Nano Diamond Battery отмечают, что батарейки безопасны для человека и окружающей среды. В процессе испытаний радиационный фон оставался в норме. А алмазная оболочка дешевые искусственные алмазы успешно защищала корпус от возможных повреждений. Еще один положительный момент — работающая батарейка не выделяет углекислый газ. Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Внутренний стержень «фонит» до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств. При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору.
В России изобретены «вечные» батарейки
Таким образом, NBD хочет снизить излучение сырья до "безвредного" уровня. Графит C-14 имеет очень длительный период полураспада и может излучать энергию соответственно долгое время - создается своего рода бесконечная батарея, которая постоянно заряжается сама по себе. Необработанные, мы должны знать об этом, но C-14 очень опасны. Источник энергии NDB получается из изотопов среднего и высокого класса. Для обеспечения максимальной безопасности для пользователя изотопы экранированы несколькими слоями синтетического алмаза - одного из самых твердых материалов, которые можно повредить или сломать.
Энергия поглощается в алмазе путем неупругого рассеяния, которое используется для выработки электроэнергии. Поскольку бесконечный аккумулятор самозаряжается, любой избыточный заряд хранится во вторичных запоминающих устройствах, таких как конденсаторы, суперконденсаторы и вторичные элементы.
Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя.
Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство. Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи.
Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков. Также по теме Слоёная батарея: учёные предложили новую технологию создания натриевых аккумуляторов Российские и немецкие исследователи выяснили, что в аккумуляторных батареях вместо редкого и дорогого лития можно использовать натрий,...
Заявляемый ресурс — почти 30 тыс. Это очень много, но с учётом отсутствия буферных зон — конденсаторов или литийионных аккумуляторов, большая часть электроэнергии будет просто уходить в никуда. Суть в том, что пока не будет придумано хранилище для излишков энергии, смысла в таких батарейках нет. Российская разработка в этом смысле почти идеальна — небольшой размер, отсутствие потерь энергии и высокий КПД. Её стоимость может оказаться в десятки раз ниже, чем зарубежных аналогов Константин Ян Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае Кто первый взял, того и тапки С точки зрения перспектив эксперты ожидают первого технологического "взрыва" на рынке мобильной электроники. Ноутбуки, смартфоны, смарт-часы, фитнес-трекеры и вообще любое устройство "интернета вещей" может быть оснащено как упрощённой версией атомной батарейки, так и "топовой" конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии.
Средняя цена "простой" версии на будущее — примерно 100 долларов. Цена за атомную батарейку верхнего уровня — около одной тысячи долларов США. Неуловимый русский "Посейдон". Почему США так боятся ядерного удара из глубин Кроме электроники такие источники питания могут служить отличным средством для зарядки аккумуляторов в электрических автомобилях. Пока не известно, купит ли себе патент на производство атомных батареек Илон Маск, но перспектива использования в транспорте сумасшедшая. По сути, владелец электрической машины больше не будет "привязан" к зарядной станции, а литийионный аккумулятор с атомной батарейкой внутри и генератором будет заряжаться практически сразу, как возникнет такая необходимость. В результате может получиться электромобиль с неограниченным запасом хода. Эксперты в области энергетики отмечают, что после начала производства таких батареек мир может вступить в новую энергетическую гонку, по сравнению с которой гонка вооружений может оказаться детской шалостью.
Её суть будет заключаться в том, что атомная энергия в привычных объёмах понадобится только для гражданских объектов, в то время как вся промышленность может быть переведена на автономное энергоснабжение.
До этого новые системы прошли обкатку в спутниках на околоземной орбите. Каждый из космических аппаратов получил по три РИТЭГа общей электрической мощностью 470 Вт на момент запуска с перспективой снижения электрической мощности в два раза примерно через 88 лет. Источниками энергии стали 24 спрессованные сферы из оксида плутония. Плюс на борту имелось по девять нагревателей RHU их может быть и больше, они устанавливаются точечно в рассчитанных местах.
Инженерам приходилось решать проблемы с нагревом в тысячи градусов как в случае с новой системой, так и в прошлом и будущем Спустя пару лет после запуска «Вояджеров» США временно вышли из гонки, а СССР, напротив, наращивал количество запущенных спутников — это были аппараты серии УС-А. Но на них устанавливали ядерные энергетические установки БЭС-5 «Бук», работавшие на уране. Их электрическая мощность составляла 3 кВт при тепловой мощности 100 кВт, что заметно превосходило показатели американских систем, работавших по несколько иному принципу. Фото: Los Alamos National Laboratory Срок работы спутников с «Буками» был заметно меньше: он составлял около полугода потом аппарат становился мусором, который летает вокруг Земли до сих пор , и это при более высоком весе ядерного топлива. Поэтому требовались регулярные запуски, с которыми то и дело не ладилось.
На смену БЭС-5 пришли ядерные установки «Топаз», которые были мощнее предшественников более чем в два раза. Однако новые системы получили лишь два спутника, и один из них был уничтожен. Фото: kerbalspaceprogram. Однако какого-то значительного шага вперед с точки зрения эффективности сделано не было. Новые «атомные батарейки» устанавливали в автоматическую межпланетную станцию АМС «Улисс», изучавшую Солнце и Юпитер; в спускаемый зонд «Галилео» для исследования атмосферы Юпитера; в станцию «Кассини-Гюйгенс», которая исследовала Сатурн, его кольца и спутники; в АМС «Новые горизонты», выполняющую программу исследования объектов Солнечной системы.
АМС «Улиcс». Китай также предпринял попытки использовать технологию — в АМС «Чанъэ-3» и вездеходе «Юйту», прибывшем на Луну тем же «рейсом». Точно не известно, были это источники питания или обогреватели, так как данные разнятся. Что дальше? В рамках него планируется разработать систему, которая позволит активнее путешествовать по Солнечной системе.
Правда, это уже не «атомные батарейки», а стационарная система на обогащенном уране. Рендер реактора Kilopower с рассеивающим тепло «зонтом».
Российские ученые разработали технологию "вечной" ядерной батарейки
По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами – и Nano Diamond Battery будет не только питать. изобретение, родственное скатерти-самобранке и ковру-самолёту. И несмотря на то, что новость об атомной вечной батарейке полугодичной давности, я не могу мимо нее пройти и предлагаю ознакомить с ней вас, уважаемый читатель. Российские ученые разработали технологию "вечной" ядерной батарейки. Румынский инженер Карпен в 1950 создал вечную батарейку. В зависимости от потребляемой мощности аккумулятор, который никогда не требует подзарядки, проработает весь срок службы и дольше.
ТОПАЗ — вечная батарейка. Как это работает?
| В КНР разработали «вечную» батарейку | Специалисты МГУ вместе с коллегами из химико-технологического университета заявили, что создали батарейку, срок годности которой достигнет 100 лет. |
| Алмазы на кухне. Челябинец изобрел вечную батарейку для смартфона | АиФ Челябинск | Американский стартап Nano Diamond Battery представил «вечную» ядерную батарейку — специальный корпус из синтетических алмазов. |
В России изобретены «вечные» батарейки
Наноалмазная батарея со сроком службы 28 тысяч лет изменит мир Степан Икаев27 августа 2020 г. Как сообщает New Atlas, новые аккумуляторы абсолютно безопасны для человека и окружающей среды, могут быть упакованы во все возможные форм-факторы, будут стоить как литий-ионные батареи, а главное — обладают невероятным сроком службы в 28 тысяч лет. И это все меняет. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. NDB использует графитовые стержни из ядерных реакторов, которые поглотили излучение ядерных топливных стержней и сами стали радиоактивными. Этот графит богат радиоизотопом углерода-14, который подвергается бета-распаду, высвобождая при этом антинейтрино и электрон бета-распада. NDB берет этот графит, очищает его и использует для создания крошечных алмазов из углерода-14. Алмазная структура действует как полупроводник и теплоотвод, собирая заряд и отводя его наружу.
У него существенно более долгий срок службы, а для производства не требуются редкие материалы. В марте 2023 года ученым из Венского технологического университета удалось разработать кислородно-ионный аккумулятор с важнейшим преимуществом перед литий-ионным: он может регенерировать.
По сути, его емкость не уменьшается безвозвратно, что делает его одним из самых долгоживущих аккумуляторов, созданных человеком. Потенциальной заменой литий-ионных аккумуляторов могут также стать магниевые батареи. Они требуют в два раза меньше объема при той же плотности заряда, чем литиевые, а также менее пожароопасны при деградации. Еще один возможный вариант — натриево-ионные батареи.
Также непонятно, нужны ли батареи со столь длительным сроком эксплуатации в смартфонах: нередко пользователи меняют устройства на более новые и функциональные каждые 1—2 года. Остаётся загадкой и то, насколько потребители готовы к использованию «карманного ядерного реактора», несмотря на гарантии безопасности. Предпосылки к созданию миниатюрного, пусть пока и маломощного, ядерного энергетического модуля известны ещё в ХХ веке, когда учёные СССР и США разработали электронную технологию для использования в космических кораблях, подводных системах и удалённых научных модулях-станциях, однако термоядерные батареи позиционировались как дорогостоящие и громоздкие. Стремление к миниатюризации и коммерциализации ядерных батарей предпринято в рамках 14-го пятилетнего плана Китая, призванного укрепить экономику страны в период 2021—2025 гг. Надо отметить, что научные коллективы в США и Европе также работают над разработкой подобных батарей. В пресс-релизе сообщается, что новая энергетическая инновация поможет Китаю получить преимущество в новом раунде технологической революции искусственного интеллекта [6]. Пока новейшая разработка находится на стадии пилотных испытаний, создатели первой портативной ядерной батареи утверждают, что будут работать над созданием к началу 2025 года аккумуляторной батареи мощностью 1 Вт. Применение нетрадиционных источников питания в качестве селективно излучающих систем в инфракрасном диапазоне позволяет увеличить эффективность их работы, ибо часть энергии безвозвратно превращается в тепловую. Это более чем в 2 раза превосходит КПД преобразования радиоизотопных источников питания, выполненных по технологии радиоизотопных термоэлектрических генераторов РИТЭГ. Также было проведено исследование технических характеристик прототипа, разработан комплект конструкторской документации для масштабирования, отработана технология преобразования тепловой энергии ядерного распада в электричество с помощью термофотовольтаических преобразователей, позволяющих работать в ближнем ИК-диапазоне. Такие же разработки в настоящее время активно ведутся в США и Европе для аппаратов исследования космоса. Увеличение КПД солнечных элементов питания посредством использования термофотовольтаических материалов — новый импульс к совершенствованию ядерных батарей. Поэтому путь создания высокоэффективных радиоизотопных источников энергии представляет собой поиск новых или модифицированных материалов, по своим полупроводниковым свойствам способных заменить кремний, германий и другие узкозонные полупроводники. Источник питания на плутонии-238 Созданный в Национальном исследовательском ядерном университете НИЯУ «МИФИ» прототип источника электроэнергии на плутонии-238 мало похож на пальчиковые батарейки или аккумуляторы мобильных телефонов. Это состоящее из нескольких технологических слоёв 30-килограммовое устройство с многочисленными разъёмами [4]. Стремление к тому, чтобы добиться крайне продолжительной работы данного источника, прямо связано с предназначением и условиями эксплуатации рассматриваемых нетипичных электрических батарей. В пример уместно привести автономные метеопосты на территории Крайнего Севера, створные навигационные знаки и в целом оборудование гидрографических станций, оборудование световых «маяков» для ориентации судов, находящихся в море, в том числе на наземных объектах вдоль трассы Северного морского пути, а также космические спутники. Разумеется, сфера применения ядерных батарей не ограничивается приведёнными выше примерами. Так, при установке в качестве источников питания с мощностью даже 5—10 Вт на удалённые и необслуживаемые оператором обслуживаемые дистанционно метеостанции, предназначенные для передачи информации о погоде на Большую землю посредством телеметрии, удастся добиться более точных прогнозов. Это возможно в том числе из-за стабильного автономного питания удалённых зондов, для которых изотопные батареи будут дополнительным фактором стабилизации питания в комплексе с источниками возобновляемых источников энергии ветра ветрогенераторы и солнца солнечные панели и преобразователи в электрический ток. Долговечность и принцип работы изотопных батарей Чем больше период полураспада активного изотопа, тем больший ресурс имеет источник питания на его основе. Вот почему так важны характеристики материалов: к примеру, период полураспада тория-228 составляет 2 года, а америция-241 — около 400 лет. Выбранный плутоний-238 — элемент с 87-летним периодом полураспада. Гарантированный срок службы изделий обозначен разработчиками в 30 лет. Как и в любом «рукотворном» устройстве со сложными элементами, в том числе в РЭА, отдельные элементы изделия неравномерно сохраняют свойства, а общая надёжность зависит от расчёта «наработки до отказа» самых нестабильных компонентов. Поэтому в расчётах долговременности эксплуатации учитываются риски разрушения проводников в том числе с алмазным напылением , деградация поверхности и кристаллов фотоэлементов, возможная потеря вакуума в капсуле. При нарушении целостности оболочки и корпуса изотопный источник автономного питания можно переместить в новую оболочку, и сохранённая энергия обеспечит разность потенциалов на полюсах. Таким образом, теоретически ядро, если оно сохранено, можно использовать и далее в других источниках питания РЭА. Но вот что крайне важно: чем меньше живёт активный изотоп, тем выше при одинаковой энергии распада и прочих равных условиях его энергоёмкость и отдаваемая в нагрузку полезная мощность. Как мы отметили выше, изотопный источник тока практически лишён эффекта саморазряда, так как реакция происходит только при наличии «внутреннего тока» и ЭДС, связанной с подключением внешней нагрузки. Применяемый в плутониевой электрической батарее принцип преобразования энергии ядерного распада в электрическую называют термофотовольтаическим [4]. Альфа-источник окружён вакуумной капсулой, внешние стенки которой покрыты слоем наночастиц. Тепло от ионизирующего излучения нагревает капсулу до 1500 К, заставляя её поверхность светиться. Чувствительные и адаптированные к среде фотоэлементы, окружающие капсулу и способные выдерживать колоссальный нагрев окружающей температуры, улавливают эти изменения спектра. В принципе работы изделий особенности фотогенерации: образование подвижных электронов и дырок при поглощении квантов света, в том числе в органических полупроводниках с изменениями от освещённости и температуры. Это знание способствует созданию разных устройств в сегменте органической фотовольтаики, таких как солнечные панели и батареи. Перенос заряда и энергии в конденсатах квантовых точек описан довольно давно [3, 5]. Однако с появлением изотопных источников тока задача моделирования транспорта носителей заряда, необходимого для оптимизации характеристик оптоэлектронных устройств на основе квантовых точек, решается лучше. Наногибридные материалы Неупорядоченные органические полупроводники применяются в РЭА даже в производстве кристаллов светодиодов. Активно исследуются возможности применения в тонкоплёночных транзисторах, фотовольтаике, сенсорах и др.
Кроме того, использование алмаза в производстве данной батарейки имеет еще один практический смысл. Все дело в том, что энергия радиоактивного ядра будет им поглощаться за счет неупругого рассеивания - это же явление применяется для выработки электричества. Предполагаемую сферу использования наноалмазных батарей разработчики обрисовали довольно широко. Так, согласно имеющимся техническим характеристикам данного источника энергии, её можно применять для питания гаджетов или техники буквально любого размера - от смартфонов и электрокаров до пассажирских лайнеров и даже ракет. Генеральный директор и соучредитель компании-разработчика NDB Нима Голшарифи сообщил: «Как члены общества, мы чрезвычайно обеспокоены благополучием планеты и сосредоточены на том, чтобы сберечь нашу планету для будущих поколений... С батареей NDB мы достигли грандиозного, новаторского, запатентованного технологического прорыва - батареи, которая не выделяет вредных веществ, работает тысячи лет и требует доступа только к естественному воздуху для питания устройств».