|
Секрет неограниченного количества энергии
|
|
|
|
В мире аккумуляторов главное - продолжительность работы. Независимо от того, встроен ли аккумулятор в самый маленький носимый прибор или обеспечивает резервное питание для электросети, аккумулятор, который обеспечивает надежную подачу энергии в течение длительного времени, всегда выдержит конкуренцию - как в прямом, так и в переносном смысле.
|
|
|
|
За последние 70 лет США лидировали в области инноваций в области ядерных батарей и даже разработали первую батарею, работающую на ядерном излучении, в 1950—х годах. Но в 21 веке Китай стал бесспорным лидером в производстве ядерных аккумуляторов, которые позволяют обеспечивать энергией предприятия на протяжении десятилетий без необходимости подзарядки. Они могли бы стать основой для целых отраслей, которые мы еще даже не изобрели, таких как кибернетика, которая позволила бы создать по-настоящему умного робота, или полеты в дальний космос, которые могли бы отправить нас к звездам. В начале 2024 года китайская компания Betavolt представила ядерную батарею размером с монету под названием BV100, в которой в качестве радиоактивного источника используется никель-63, срок службы которого оценивается в 50 лет. Но этот аккумулятор — не просто лабораторная инновация, он уже выпускается серийно и предназначен для использования в самых разных технологиях, от медицинских и аэрокосмических устройств до смартфонов будущего.
|
|
|
|
|
|
|
Для большинства из нас более качественные аккумуляторы - это просто удобство, но в некоторых случаях решающее значение имеет срок службы батареи, который больше соответствует продолжительности жизни человека. Возможно, у нас нет надежды на долгосрочное освоение космоса или медицинские вмешательства, спасающие жизни, без таких долговременных аккумуляторов, которые питаются энергией от источника излучения. Некоторые элементы, такие как уран, радиоактивны, и у них нестабильные атомные ядра, которые самопроизвольно теряют энергию. Существует несколько способов получения этой энергии — в 1950-х и 60-х годах НАСА разработало радиоизотопные термоэлектрические генераторы, которые преобразовали тепло от естественного радиоактивного распада в практическую энергию.
|
|
|
|
Но теперь батареи нового поколения могут улавливать энергию бета-частиц, представляющих собой электроны или позитроны, которые вылетают из своих атомных ядер во время радиоактивного распада. Это действует примерно так же, как фотоны, попадающие на солнечную панель, но в данном случае бета-излучение бомбардирует специально разработанный полупроводник, и именно так Betavolt питает свои батареи. Бета-вольтовые батареи состоят из двух частей: излучателя радиоактивного излучения и полупроводникового поглотителя. Когда излучатель естественным образом распадается, высокоскоростные электроны (они же бета-частицы) ударяются о поглотитель. В результате образуется пара “электрон-дырка”, которая генерирует небольшой, но стабильный источник полезного электрического тока. Поскольку бета-частицы могут быть заблокированы с помощью простого тонкого листа алюминия, бета-вольтовые батареи безопасны.
|
|
|
|
Хотя эти “бетавольтаические батареи” и не производят столько энергии, сколько термоэлектрический метод НАСА, они могут обеспечить небольшое количество надежной энергии, возможно, на срок до столетия, а может быть, и дольше, в зависимости от периода полураспада материала. Возможно, он не заменит старую надежную литий-ионную батарею, которая питает большинство наших гаджетов. Однако длительный срок службы бетавольтаической батареи в сочетании с ее способностью работать в экстремальных условиях делает ее идеально подходящей для планетоходов, глубоководных датчиков и даже кардиостимуляторов. В принципе, везде, где вы отчаянно хотите избежать частой замены батарей. Ядерные аккумуляторы станут еще более актуальными, поскольку мир продолжает процесс обезуглероживания, а также становится все более зависимым от интеллектуальных датчиков и других устройств, подключенных к Интернету. Несколько стран, включая Китай, США, Южную Корею и Европу, разрабатывают бета-вольтовые аккумуляторы.
|
|
|
|
Betavolt - не единственная китайская компания, разрабатывающая современные ядерные аккумуляторы. Буквально на прошлой неделе Северо-Западный педагогический университет в Ганьсу, Китай, анонсировал выпуск собственной ядерной батареи на основе углерода, срок службы которой может достигать 100 лет. Хотя основа этой батареи, углерод-14, встречается крайне редко, газета South China Morning Post сообщила, что в Китае есть коммерческий реактор на углероде-14 в Чжэцзяне. Подражая своей концепции использования фотоэлектрической энергии в солнечной энергетике, Китай выстраивает всю цепочку поставок этих устройств в пределах своих собственных границ.
|
|
|
|
В то время как Китай вырывается вперед, остальной мир стремится наверстать упущенное. В США, в City Labs в Майами, штат Флорида, ведется лихорадочная работа по созданию микроэлектроники на основе бета-вольтаики для космических полетов. В ноябре 2024 года компания получила значительное финансирование от Национального института здравоохранения на разработку долговечных бета-вольтаических аккумуляторов для кардиостимуляторов (благодаря низкой глубине проникновения бета-частиц в организм). Вместо никеля-63 в аккумуляторе City Labs используется тритий, который, вероятно, обеспечит 20-летний срок службы батареи. Следуя примеру Китая, компания также считает, что цепочка поставок в США могла бы способствовать производству аккумуляторов. Масштабируемое производство трития возможно, поскольку национальные лаборатории и компании прокладывают путь к этому, - сказал Питер Кабауи, исполнительный директор City Lab, в интервью Chemistry World.
|
|
|
|
Еще в 1970-х годах лаборатория City Lab разработала первую в мире успешную бетавольтаическую батарею под названием “Betacel”, но в то время из-за относительно ограниченного срока службы батареи, а также из-за растущей стигматизации ядерной отрасли в США, бетавольтаические батареи стали предметом лабораторных исследований. Сейчас времена меняются.
|
|
|
|
И City Lab работает не в одиночку. В прошлом году две американские компании - Kronos Advanced Technologies Inc и Yasheng Group — объявили о создании совместного партнерства для разработки технологии ядерных аккумуляторов. Великобритания присоединилась к бета-вольтаике в сентябре 2024 года, когда компания Arkenlight разработала свою первую батарею из углерода-14, изготовленную из ядерных отходов.
|
|
|
|
Не требуется большого воображения, чтобы понять, как батарея, которая действительно продолжает “работать без остановки”, изменит правила игры в самых разных технологиях. Но одно можно сказать наверняка — прошлогодняя презентация батареи Betavolt с 50-летним сроком службы стала тревожным сигналом для компаний, лабораторий и правительств по всему миру. Спустя более чем 70 лет после того, как в США была разработана первая в мире бета-вольтовая батарея, кажется, что время этой технологии наконец-то пришло.
|
|
|
|
Возможно, США просто не лидируют в производстве аккумуляторов.
|
|
|
|
Источник
|
