Ученые создали ядерную батарею, способную работать столетиями

Группа исследователей из Научно-технического института Тэгу Кенбук, под руководством профессора Су-Ил Ина, представила новую концепцию атомной батареи, потенциально способной питать устройства на протяжении десятилетий или даже столетий, без необходимости в подзарядке. Эта технология задумана как альтернатива литий-ионным аккумуляторам, которые со временем теряют свои свойства и требуют регулярной подпитки энергией, что ограничивает их использование в таких сферах, как беспилотные летательные аппараты, системы дистанционного мониторинга и даже медицинские импланты. Об этом сообщает Американское химическое общество (ACS).

В основе новой разработки лежит принцип бета-вольтаики — преобразование энергии, высвобождаемой бета-распадом, в электричество. Для реализации этой идеи ученые использовали радиоактивный изотоп углерода, известный как радиоуглерод (углерод-14), который испускает только бета-частицы. Радиоуглерод является побочным продуктом ядерных реакций и, благодаря своей невысокой стоимости, доступности и возможности утилизации, рассматривается как экологически чистая альтернатива. Кроме того, его крайне медленный период полураспада гарантирует долговечность батареи, теоретически способной функционировать тысячелетиями.

Для увеличения эффективности преобразования энергии команда профессора Ина разработала инновационный подход. В их прототипе ключевым элементом является полупроводниковый слой на основе диоксида титана, модифицированный рутениевым красителем. Обработка лимонной кислотой усиливала прочность химических связей. Когда бета-частицы, излучаемые радиоуглеродом, взаимодействуют с рутениевым красителем, инициируется каскад электронных переходов — "электронная лавина", которая эффективно собирается слоем диоксида титана.

Отличительной чертой нового устройства является двустороннее внедрение радиоуглерода — как в анод, так и в катод, что позволило увеличить количество генерируемых бета-частиц и минимизировать потери энергии из-за расстояния между электродами. В ходе демонстрационных испытаний прототипа энергия, полученная в результате радиоактивного распада, оказалась значительно выше, чем в предыдущих вариантах, где радиоуглерод использовался только на одном электроде: коэффициент преобразования увеличился с 0,48 до 2,86%.

Несмотря на то, что текущая версия преобразует лишь небольшую часть энергии, высвобождаемой при радиоактивном распаде, профессор Ин выражает уверенность, что дальнейшие улучшения — оптимизация геометрии источника бета-излучения и создание более эффективных поглотителей — способны значительно повысить производительность батареи. Такие долговечные источники энергии могут найти применение в устройствах, где регулярная подзарядка или замена элементов питания невозможны или затруднены, например, в кардиостимуляторах, предназначенных для работы на протяжении всей жизни пациента, или в других миниатюрных, автономных системах.