Новые японские батарейки из алмазов и углерода-14 переживут владельца, его внуков и правнуков
Японцы разработали элементы питания, которые способны работать сотни лет. Их основа — синтетические алмазы и радиоактивные изотопы. По словам исследователей, такие батареи подходят даже для космического оборудования. У них, конечно, есть недостатки, но и достоинств тоже немало. Подробности — в материале Selectel.
Авторы проекта — ученые и инженеры Национального института материаловедения Японии (National Institute of Materials Science, NIMS). Насколько можно понять, японцы собираются коммерциализировать изобретение, так что все детали конструкции батарей они не раскрывают. Но, в целом, понять можно.
Что это за элементы и зачем там алмазы?
Согласно источнику, японская батарея состоит из трех главных элементов. Два из них — радиоактивные, а третий, собственно, алмаз. Как и говорилось выше, минерал этот искусственный, так что стоимость всей системы не заоблачная.
Синтетические алмазы многие десятки лет используются в промышленности. Создаются они в лабораторных условиях, характеристики их приближены к природным, но стоимость в несколько десятков раз ниже.
Что касается радиоактивных элементов, то это изотопы углерода и никеля с длительным периодом полураспада. Для углерода-14 он составляет 5700 лет, а для никеля — 63-100 лет. Комбинация двух изотопов позволяет увеличить время работы батареи.
Алмазы служат в качестве электродов. Изотопы генерируют бета-излучение, ну а алмазы производят электрический ток. Для того, чтобы защитить окружающую среду и людей, элемент помещается в металлическую оболочку. Стекло, металлы, плексиглас не пропускают бета-излучение, так что обычного алюминия хватит, чтобы сделать батарею полностью безопасной. Она относится к типу бета-гальванических.
Если использовать элементы лишь в космической промышленности, то и проблемы с их утилизацией нет — все равно системы отправляются в космос и на другие планеты. Но, если применять алмазные батарейки на Земле, придется разработать безопасный и надежный процесс переработки.
Прототип есть, но кое-что нужно улучшить
Как и говорилось выше, у этого элемента питания есть как достоинства, так и недостатки. Преимущества солидные.
Во-первых, радиоактивные элементы можно брать из отходов АЭС. Изотоп углерода-14 используется во многих отраслях промышленности, в науке и медицине. Так, он применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта.
При этом отходы АЭС с углеродом-14 (а накапливается он на графитовых стержнях из реакторов). Хранить подобные отходы и дорого, и непросто, поскольку нужны специальные методы защиты. Так что если алмазные батареи пустить на поток, то проблему отходов хотя бы частично можно решить.
Во-вторых, они крайне долговечны, о чем уже не раз было сказано. О запасе энергии можно просто не беспокоиться.
В-третьих, такие элементы надежны. Выходить из строя там особо нечему, разве что при механическом воздействии. «Они могут работать даже при высоких температурах, и их можно использовать, в частности, в космическом оборудовании и машинах для разведки полезных ископаемых», — сказал Сатоши Коидзуми (Satoshi Koizumi), один из авторов проекта алмазной батареи и сотрудник NIMS.В-четвертых, конструкция батарей на алмазах проще, чем конструкция РИТЭГ на плутонии, которые используются сейчас в космических аппаратах.
НО. Как всегда есть ложка дегтя во всей этой бочке меда. А именно — малая мощность батареи. Прототип выдает пока лишь 1 микроватт мощности, так что для того, чтобы обеспечить энергией космический аппарат, нужна либо огромная батарея, либо доработка элемента. И как раз в этом направлении будут действовать представители NIMS.
Алмазные батареи как тренд
Еще в августе мы писали о том, что американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. И да, там тоже используются алмазы и углерод-14. У американцев также есть прототип, плюс их элемент уже прошел несколько этапов тестирования.
Американский элемент питания не тайна, и протип батарейки изучили сторонние ученые. Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Причем конкуренты прототипа батареи NDB демонстрировали 15% эффективности при производстве энергии. А у разработки калифорнийского стартапа благодаря синтетической алмазной структуре, которая выступает одновременно полупроводником и теплоотводом, эффективность достигла 40%. Внутренний стержень «фонит» до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены.
Nano Diamond Battery предлагает бета-гальванические батареи в разных форм-факторах, включая привычные АА, AAA, 18650, CR2032 и других. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств. При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору.
Похоже на то, что алмазные элементы — новый тренд. Если удастся поднять их мощность, то батареи можно будет использовать не только в космической отрасли, но и на Земле. Конечно, с оглядкой на безопасность, — ведь стоит повредить металлическую оболочку, и бета-излучение станет воздействовать на окружающие элемент объекты.
Тем не менее, американцы сохраняют оптимизм. «Представьте себе iPhone. Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час. Представьте себе это. Представьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе неделю, месяц… Как насчет десятилетий? Вот что мы можем сделать с помощью нашей технологии», — рассказал о разработке NDB сотрудник стартапа Нил Найкер.
Подписывайтесь на блог Selectel, будем вместе следить за новыми технологиями и открытиями.
Госдеп и Минфин готовят предложение по снятию санкций с отдельных юрлиц и физлиц. С кого именно — неизвестно.
Как отмечают аналитики, эффект от новостей о включении некоторых монет в крипторезерв США не мог продлиться долго.
Словения, страна с захватывающими дух пейзажами, богатой историей и гостеприимными людьми, становится все более привлекательным местом для тех, кто мечтает о втором доме в Европе. Идея купить старинную недвижимость в Словении и вдохнуть в него новую жизнь, сохранив его историческое очарование, привлекает как опытных инвесторов, так и романтиков, ищ…
Собираем новости, события и мнения о рынках, банках и реакциях компаний.
Также суд на четыре года запретил ей заниматься коммерческои деятельностью и удовлетворил гражданский иск на 587 млн рублей.
Найдите идеальный сюрприз для мамы, жены, сестры или подруги и сделайте 8 Марта незабываемым! Идеи подарков ждут в статье.
Спасибо за интересный материал!
Только вот что грустно:
Если использовать элементы лишь в космической промышленности, то и проблемы с их утилизацией нет — все равно системы отправляются в космос и на другие планеты.
Мне думается, что это сейчас в нашем представлении проблемы нет. Но т.к. все движется к освоению космоса, то и про экологию космоса тоже будем думать. Не сейчас, конечно, лет через тысячи, но все же... Эта позиция «после нас хоть потоп» — какая-то губительная😔
Так-то весь космос пронизан радиацией, это её часть. Нашу планету защищает атмосфера и магнитное поле. На том же Марсе такой уровень радиации, что за день человек получит годовую предельную дозу работника атомной промышленности.
А человек и Земля настолько мелкая часть во вселенной, что про возможность повлиять на экологию можно даже не думать.
Космический мусор уже давно стал проблемой на околоземной орбите
но все равно будут вырубаться на морозе
Жду на алишке
Классная идея, надеемся на реализацию не только в космосе ))