Революция в обеспечении устройств энергией? В США патентуют "вечные" и безопасные ядерные батарейки

Элемент питания, который прослужит всю жизнь и даже больше, – это ли не мечта многих пользователей самых разных устройств?

Элемент питания, который прослужит всю жизнь и даже больше, – это ли не мечта многих пользователей самых разных устройств?
Иллюстрация NDB.

Пока создатели "батареек будущего" могут представить публике лишь красивые рисунки.

Пока создатели "батареек будущего" могут представить публике лишь красивые рисунки.
Иллюстрация NDB.

Даже если электромобиль с новым аккумулятором попадёт в аварию, это не станет катастрофой для окружающей среды. Всё дело в строении новой батареи, за прочность которой отвечают алмазные структуры.

Даже если электромобиль с новым аккумулятором попадёт в аварию, это не станет катастрофой для окружающей среды. Всё дело в строении новой батареи, за прочность которой отвечают алмазные структуры.
Фото Global Look Press.

Принцип работы нового бета-вольтаического элемента. Перевод Вести.Ru.

Принцип работы нового бета-вольтаического элемента. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация NDB.

Элемент питания, который прослужит всю жизнь и даже больше, – это ли не мечта многих пользователей самых разных устройств?
Пока создатели "батареек будущего" могут представить публике лишь красивые рисунки.
Даже если электромобиль с новым аккумулятором попадёт в аварию, это не станет катастрофой для окружающей среды. Всё дело в строении новой батареи, за прочность которой отвечают алмазные структуры.
Принцип работы нового бета-вольтаического элемента. Перевод Вести.Ru.

Представьте себе, что вы покупаете аккумулятор для автомобиля, используете его без подзарядки 20 лет, затем покупаете новый автомобиль и переставляете в него всё тот же аккумулятор. Представили? Компания NDB обещает, что так вскоре будет со всеми батареями и батарейками. Да-да, и смартфон тоже не надо будет больше ставить на зарядку. Никогда.

Как такое возможно? И почему учёные раньше не догадались обеспечить мир "вечными" аккумуляторами?

На самом деле идея, которая лежит в основе новой удивительной батарейки была озвучена учёными из Великобритании в 2016 году. И Вести.Ru об этом подробно рассказывали. Теперь же инженеры представили не сырую идею, а проверку концепции такого продукта. В дальнейшем наработки планируется использовать для создания первого прототипа "вечной" ядерной батарейки.

Представители калифорнийской компании NDB заявляют, что её наноалмазные батареи будут действовать как крошечные ядерные генераторы электрического тока.

Они будут иметь плотность энергии выше, чем у существующих литий-ионных аккумуляторов, и смогут работать до 28 тысяч лет без необходимости подзарядки. При этом будет практически невозможно сломать такое устройство и оголить "ядерный реактор", отвечающий за столь выдающиеся характеристики.

Пока создатели "батареек будущего" могут представить публике лишь красивые рисунки.

Сердце каждого такого генератора ‒ это небольшой кусочек переработанных ядерных отходов. Инженеры NDB планируют использовать части графитовых блоков ядерного реактора, которые поглотили излучение топливных стержней и сами стали радиоактивными.

Такой графит богат изотопом углерода-14, который подвергается бета-распаду до азота, высвобождая при этом антинейтрино и электрон. Представители компании NDB планируют брать этот графит, особым образом очищать его (нужные изотопы распределены по материалу неравномерно) и использовать для создания из углерода-14 крошечных алмазов.

Углерод-14 распадается до азота, генерируя в процессе антинейтрино и электрон. Радиоактивный алмаз из углерода-14 будет полностью покрыт слоем дешёвого, нерадиоактивного, созданного в лаборатории алмаза из углерода-12. Последний задерживает высокоэнергетические частицы, предотвращает утечку излучения и действует как сверхтвёрдый защитный слой, спасающий всю конструкцию от неумелого обращения.

В то же время алмазная структура действует как теплоотвод, выводящий тепло наружу и делающий всю конструкцию термостабильной.

Чтобы создать аккумулятор, несколько слоев такого наноалмазного материала помещаются в единый корпус вместе с крошечной интегральной схемой и небольшим суперконденсатором для сбора, хранения и мгновенного распределения заряда.

В NDB заявляют, что по такой технологии можно будет создать конечный продукт любой формы или стандарта, хоть в виде "пальчиковых", хоть в виде "мизинчиковых" батареек, а также типоразмера 18650 и 2170, и всевозможных нестандартных размеров тоже.

Уровни излучения от такой батарейки будут ниже, чем уровни излучения, производимые самим человеческим телом (в котором тоже постоянно происходит распад углерода-14). Это делает новинку полностью безопасной для использования в самых разных областях.

Небольшие аккумуляторы смогут питать кардиостимуляторы и другие электронные имплантаты, долгий срок службы которых позволит пользователям забыть об операциях по замене батареек (и тут вспоминается Тони Старк, создавший для себя подобное "сердце"). Такие аккумуляторы также могут быть размещены непосредственно на печатных платах устройств, обеспечивая их бесперебойную работу в течение всего срока службы.

Нил Нэйкер (Neel Naicker) из NDB приводит пример применения новинки в бытовой электронике: "Представьте себе iPhone, с батареей того же размера, которая заряжается с нуля до полной пять раз в час. Представьте себе это. Представьте себе мир, в котором вам вообще не придётся заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе, что устройство не надо будет заряжать неделю, месяц… Как насчёт десятилетий? Вот, что мы можем сделать с помощью этой технологии".

Аккумулятор можно будет масштабировать и до размеров электромобиля и даже сделать ещё больше. По прогнозам, такое устройство прослужит до 90 лет, то есть его можно будет вытащить из старого автомобиля и вставить в новый.

Даже если электромобиль с новым аккумулятором попадёт в аварию, это не станет катастрофой для окружающей среды. Всё дело в строении новой батареи, за прочность которой отвечают алмазные структуры.

Ещё один большой плюс такой разработки: перерабатываются ядерные отходы, которые, оставаясь необработанными, представляют большую опасность для мира, дороги в хранении и обладают очень длительным периодом полураспада.

Как утверждают представители NDB, конечный продукт будет конкурентоспособным по стоимости, а в некоторых случаях он будет даже значительно дешевле, чем существующие литиевые батареи. Дело в том, что поставщики ядерных отходов будут доплачивать компании NDB за то, что её представители забирают у них отработавшие своё опасные материалы.

Если же часть батареи выйдет из строя, то активную часть наноалмазов можно быть переработать для создания новых наноалмазов. Когда же аккумулятор достигнет конца своего срока службы, который, напомним, может составлять до 28 тысяч лет для маломощного устройства (использующегося, например, в космическом спутнике), от него не останется ничего кроме "безвредных побочных продуктов".

"NDB может решить главную глобальную проблему выбросов углерода одним махом без дорогостоящих инфраструктурных проектов, затрат на транспортировку энергии или негативного воздействия на окружающую среду", – отмечает Джон Шоу-Тейлор (John Shawe-Taylor), профессор Университетского колледжа Лондона и представитель кафедры ЮНЕСКО.

Даже если когда-нибудь компания полностью использует для производства своей продукции все мировые запасы ядерных отходов с содержанием углерода-14 ‒ перспектива, которая потребует очень серьёзных объёмов производства ‒ NDB сможет создавать собственное сырьё для "вечных" батарей (как с уверенностью заявляют в компании, "просто и с минимальными затратами").

Когда же ждать революционный продукт?

На сайте компании утверждается, что инженерами уже осуществлена демонстрация практической осуществимости данной технологии.

Сейчас NDB находится на последней стадии привлечения финансирования, которое будет использовано для создания центра по производству прототипа подобных батарей. Компания готова приступить к созданию коммерческого прототипа, как только лаборатории снова откроются после окончания пандемии COVID-19.

Через пару лет компания обещает выпустить продукт, который будет обеспечивать низкую мощность, а через пять полноценный аккумулятор.

Принцип работы нового бета-вольтаического элемента. Перевод Вести.Ru.

Представители NDB заявляют, что значительно опережают своих конкурентов, создающих другие бета-вольтаические элементы питания, поскольку патенты на её технологии и производственные процессы уже находятся на рассмотрении соответствующих органов.

Если в итоге будет создан конкурентноспособный продукт, это произведёт настоящую революцию в энергоснабжении. Ведь даже дома, оборудованные системами NDB, можно будет не подключать к энергетическим системам. Каждая их батарея будет становиться собственным почти неисчерпаемым источником энергии, незаметно превращающим ядерные отходы в полезную энергию.

Добавим, что корреспонденты сайта New Atlas поговорили с членами команды NDB. C полной отредактированной стенограммой этого интервью (на английском языке) можно ознакомиться здесь.

Немного дополнительной информации можно найти в мультипликационном видео ниже, которое было выпущено в 2019 году.

Ранее мы также писали о "вечной" квантовой батарее и о созданном российскими учёными материале для "вечной" космической батарейки.