Десятки років без підзарядки: чи зможуть мікроядерні батареї Китаю замінити літій-іонні

Радіоактивний америцій здатний давати енергію понад 7000 років, але однієї батарейки замало для роботи будь-якого складного пристрою.

Група китайських учених представила мініатюрну ядерну батарею, яка може десятиліттями працювати без підзарядки. Статтю про дослідження вони опублікували в журналі Natural.

Літій-іонні акумулятори живлять сучасний світ, від електромобілів до смартфонів, але навіть найкращі з цих акумуляторів зношуються після сотень, максимум після тисячі перезарядок. Вчені запропонували альтернативу, яка потенційно може живити пристрої десятиліттями.

Мікроядерна батарея складається з америцію, штучного радіоактивного елемента, одержуваного під час поділу урану і плутонію в ядерних реакторах. Найчастіше цю речовину вважають просто небезпечними відходами виробництва. Дослідники ж використали силу радіоактивного розпаду — природного процесу, під час якого нестабільні радіоізотопи розпадаються на дрібніші, стабільніші атоми, вивільняючи енергію у вигляді випромінювання.

Коли атоми америцію піддаються радіоактивному розпаду, цей процес також призводить до випускання альфа-частинок, що містять велику кількість енергії. Однак альфа-частинки швидко втрачають енергію під час взаємодії з навколишньою речовиною. Щоб запобігти втраті енергії, дослідники помістили америцій всередину полімеру.

Енергія альфа-частинок перетворила америцій на світний кристал, який потім прикріпили до фотогальванічного елемента. Останній перетворив світло на електрику. Усю цю установку помістили в кварцову комірку, а потім тестували понад 200 годин.

«Пристрій забезпечував стабільну подачу електроенергії при відносно високій енергії з безпрецедентною ефективністю — і для його роботи була потрібна лише мінімальна кількість радіоактивного матеріалу», — розповів Шуао Ван, професор Університету Сучжоу і один з авторів дослідження.

Якщо звичайні батареї деградують з кожним циклом перезаряджання, то термін служби ядерної батареї залежить від періоду напіврозпаду радіоактивного матеріалу. У цьому випадку він становить 7380 років, тому батарею навряд чи знадобиться перезарядити навіть у далекому майбутньому. З іншого боку, конструкція не зможе прослужити весь цей термін, адже компоненти, як-от полімер і фотоелектричний елемент, з часом деградуватимуть через вплив радіації. На думку фізиків, батарея прослужить кілька десятків років, що вже набагато краще порівняно з літій-іонними комірками.

Великим недоліком технології є вихідна потужність. Знадобиться близько 40 мільярдів таких батарейок, щоб запалити звичайну 60-ватну лампочку.