Десятки лет без подзарядки: смогут ли микроядерные батареи Китая заменить литий-ионные

Группа китайских ученых представила миниатюрную ядерную батарею, которая может десятилетиями работать без подзарядки. Статью об исследовании они опубликовали в журнале Natural.

Литий-ионные аккумуляторы питают современный мир, от электромобилей до смартфонов, но даже лучшие из этих аккумуляторов изнашиваются после сотен, максимум после тысячи перезарядок. Ученые предложили альтернативу, которая потенциально может питать устройства десятилетиями.

Микроядерная батарея состоит из америция, искусственного радиоактивного элемента, получаемого при делении урана и плутония в ядерных реакторах. Чаще всего это вещество считают просто опасными отходами производства. Исследователи же использовали силу радиоактивного распада — естественного процесса, в ходе которого нестабильные радиоизотопы распадаются на более мелкие, более стабильные атомы, высвобождая энергию в виде излучения.

Когда атомы америция подвергаются радиоактивному распаду, этот процесс также приводит к испусканию альфа-частиц, содержащих большое количество энергии. Однако альфа-частицы быстро теряют энергию при взаимодействии с окружающим веществом. Чтобы предотвратить потерю энергии, исследователи поместили америций внутрь полимера.

Энергия альфа-частиц превратила америций в светящийся кристалл, который затем прикрепили к фотогальваническому элементу. Последний преобразовал свет в электричество. Всю эту установку поместили в кварцевую ячейку, а затем тестировали более 200 часов.

"Устройство обеспечивало стабильную подачу электроэнергии при относительно высокой энергии с беспрецедентной эффективностью — и для его работы требовалось лишь минимальное количество радиоактивного материала", — рассказал Шуао Ван, профессор Университета Сучжоу и один из авторов исследования.

Если обычные батареи деградируют с каждым циклом перезарядки, то срок службы ядерной батареи зависит от периода полураспада радиоактивного материала. В данном случае он составляет 7380 лет, поэтому батарею не вряд ли понадобится перезарядить даже далеком будущем. С другой стороны, конструкция не сможет прослужить весь этот срок, ведь компоненты, такие как полимер и фотоэлектрический элемент, со временем будут деградировать из-за воздействия радиации. По мнению физиков, батарея прослужит несколько десятков лет, что уже гораздо лучше по сравнению с литий-ионными ячейками.

Большим недостатком технологии является выходная мощность. Понадобится около 40 миллиардов таких батареек, чтобы зажечь обычную 60-ваттную лампочку.

"В идеале мы представляем, что наша микроядерная батарея будет использоваться для питания миниатюрных датчиков в удаленных или сложных условиях, где традиционные источники энергии нецелесообразны, например, при исследовании глубин, в космических полетах или на станциях удаленного мониторинга", — добавил Ван в интервью New Scientist.