Исследователи и учёные из Технического университета Вены изобрели аккумулятор принципиально нового типа.
Ученые представили «вечную» батарейку, работающую на радиоактивных элементах
Они создали так называемую «бета-гальваническую батарею» betavoltaic и, по их заверениям, даже успешно испытали их в лабораторных условиях. Такой элемент питания может использоваться, по мнению разработчиков, в самых разных видах техники, начиная от носимых устройств и мобильных гаджетов и заканчивая средствами передвижения — поездами, электромобилями и даже самолетами. Как работают такие батареи В основе работы бета-гальванических батарей лежит принцип преобразования альфа- и бета-излучений радиоактивного вещества в обычный электрический ток, питающий всю современную технику. Как заверил Нима Голшарифи, созданным компанией источникам энергии можно придавать практически любую форму, другими словами, их можно выпускать в виде привычных многим батареек различных форматов — АА, 18650, CR2032 и др. Батарейка Nano Diamond Battery может работать тысячелетиями Конструкция бета-гальванической батареи состоит в первую очередь из радиоактивного сердечника, который выступает в качестве источника изотопов.
Нима Голшарифи подчеркнул, что сердечник изготавливается из небольшого количества переработанных ядерных отходов. Для того чтобы сделать батареи безвредными для людей и окружающей среды, специалисты Nano Diamond Battery покрыли «фонящий» сердечник специальными нерадиоактивными синтетическими алмазами, выращенными в лабораторных условиях. Это очень дешевые в производстве аналоги обычных алмазов.
Все дело в том, что энергия радиоактивного ядра будет им поглощаться за счет неупругого рассеивания - это же явление применяется для выработки электричества. Предполагаемую сферу использования наноалмазных батарей разработчики обрисовали довольно широко. Так, согласно имеющимся техническим характеристикам данного источника энергии, её можно применять для питания гаджетов или техники буквально любого размера - от смартфонов и электрокаров до пассажирских лайнеров и даже ракет.
Генеральный директор и соучредитель компании-разработчика NDB Нима Голшарифи сообщил: «Как члены общества, мы чрезвычайно обеспокоены благополучием планеты и сосредоточены на том, чтобы сберечь нашу планету для будущих поколений... С батареей NDB мы достигли грандиозного, новаторского, запатентованного технологического прорыва - батареи, которая не выделяет вредных веществ, работает тысячи лет и требует доступа только к естественному воздуху для питания устройств». Точно неизвестно, когда и в каком виде наноалмазная батарейка поступит на рынок.
Электротранспорт и бытовая техника Продвинутый Li-Ion В 2019 году Tesla объявила о разработке батарей, способных выдержать 1 млн миль свыше 1,6 млн км пути без необходимости замены. Текущие аккумуляторы нужно менять после 300 — 500 тыс. Новая батарейка Tesla Фото: electrek. Пока вышли первые протестированные образцы.
Графит В 2020 году Mercedes-Benz объявил о планах по созданию органического аккумулятора. Основой технологии станет графит с электролитом на водяном растворе. Это позволит исключить использование тяжелых и токсичных металлов, а утилизировать батареи можно будет путем компостирования. Однако в Mercedes отмечают, что начало массового производства таких аккумуляторов начнется не раньше, чем через 15 лет. Углеродные волокна В 2021 году группа ученых из технологического университета Чалмерса в Швеции представила аккумулятор для автомобиля из углеродного волокна. Пластина аккумулятора из углеродного волокна Фото: Advanced Energy and Sustainability Research Батарея из углеродного волокна в виде крышки багажника Фото: Advanced Energy and Sustainability Research В будущем такие аккумуляторы из композитных материалов можно будет использовать как в автомобилях, так и в самолетах, чтобы сделать их легче и экологичнее. Пока ведутся испытания прототипов разных форм-факторов.
Без кобальта В конце 2019 года IBM представила образец аккумулятора без никеля и кобальта, из материалов, которые могут быть получены из морской воды. Он включает комбинацию катодного материала без тяжелых металлов и безопасного жидкого электролита с высокой температурой горения. Специалисты уже подсчитали, что эти материалы могут сделать аккумуляторы дешевле существующих литий-ионных и при этом будут иметь более высокие характеристики скорости зарядки и энергетической плотности, а также будут менее огнеопасными. Авторы разработки считают, что у нее есть потенциал для внедрения в отрасль электромобилей. Кроме того, тесты показали, что батарея способна прослужить достаточно долго, чтобы ее можно было использовать в интеллектуальных электросетях и новой энергетической инфраструктуре. Для будущего производства аккумуляторов IBM уже заключила коммерческое соглашение с Mercedes-Benz, поставщиком электролита Central Glass и производителем батарей Sidus. Полимеры В 2017 году стартап Ionic Materials презентовал полимерный аккумулятор, который в перспективе сможет заменить литий-ионные.
Компания заявила, что полимерные литий-металлические аккумуляторы будут безопаснее, долговечнее и экономически выгоднее, так как процесс их производства похож на производство пластиковой упаковки.
Источник картинки: canva. Об этом сообщает Applied Physics Letters. Эти батарейки представляют собой источник тока, который преобразовывает электричество из энергии радиоактивного распада метастабильных ядер.
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
| Изобретена "вечная" батарейка | В КНР разработали «вечную» батарейку 14 января, 17:57. В китайской стартап-фирме Betavolt сообщили о разработке уникального ядерного аккумулятора, способного снабжать. |
| Физики создали вечную батарейку // Новости НТВ | Впрочем, от идеи сделать вечную батарейку наши ученые не отказались и сконцентрировали исследования на другом радиоизотопе — никеле-63, период полураспада которого 100 лет. |
| Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности — РТ на русском | Атомные батарейки на плутонии-238, которого потратили 96 граммов, установили в навигационные спутники военных Transit 4A и 4B. |
| Представлена «вечная» батарейка на радиоактивных элементах / Хабр | Тем не менее, до сих пор находятся энтузиасты, которые верят в светлое будущее батареек с радиоизотопами. |
Создана первая в мире «вечная» батарейка. Она стоит дешевле литиевых аккумуляторов. Видео
Батарейка, которая проработает в 14 раз больше, чем прошло лет с начала нашей эры. /. Вечная батарейка? Российские учёные сделали элемент питания со сроком работы 10 лет. Российские ученые разработали технологию "вечной" ядерной батарейки. изобретение, родственное скатерти-самобранке и ковру-самолёту.
Самарские ученые разработали «вечную» батарейку со сроком службы 100 лет
Физики из РФ разработали прототип ядерной батарейки, которая работает при помощи бета-распада никеля-63. Первые рабочие образцы таких батареек, которые можно будет полноценно использоваться, могут появиться через 1-2 года. В батарейках, созданных командой Скотта, радиоактивные изотопы выделяют электроны сверхвысокой энергии, подвергаясь радиоактивному распаду. Технически радиоизотопные генераторы не являются батареями, поскольку в отличие от электрохимических аккумуляторов их нельзя заряжать или перезаряжать. Ученые представили новую разработку — ядерную батарейку, которая не превосходит по размерам монету.
Появился проект вечной квантовой батарейки
Новости 26 октября 2019. Появился проект вечной квантовой батарейки. Новости 26 октября 2019. Появился проект вечной квантовой батарейки. Студентка из МФТИ Екатерина Вахницкая разработала вечную батарейку для кардиостимуляторов. Впрочем, от идеи сделать вечную батарейку наши ученые не отказались и сконцентрировали исследования на другом радиоизотопе — никеле-63, период полураспада которого 100 лет.
В России изобретены «вечные» батарейки
Создатели источника питания особо подчеркивают, что он может работать в тех случаях, когда необходимо обеспечить длительную автономную работу устройств период полураспада трития 12 лет при крайне низких температурах до минус 60 градусов. В основе «ЭТАК» — использование трития и радиационно-стимулированных источников света с широким спектром на основе высокоэффективных радиолюминофоров. Основной сферой применения тритиевой батареи будет электропитание необслуживаемых датчиков, систем сбора и передачи информации, систем слежения и обнаружения, систем геолокации, специализированных RFID-меток и радиомаяков. Возможно применение в портативной носимой электронике.
А теперь представьте себе неделю, месяц... Как насчет десятилетий? Вот что мы можем сделать с помощью нашей технологии», — рассказал о разработке сотрудник стартапа Нил Найкер. В настоящий момент разработка переводится на коммерческую основу. Первые батареи такого типа начнут продаваться в конце этого года.
В этом сюжете также мечта каждого владельца компьютера - носители информации из уникального материала, которые могут прийти на смену привычным нам, но маловместительным и недолговечным жестким дискам.
Их можно жечь, топить, кидать, но информация на них сохранится! А также - поражающее воображение бесконечное мыло из …нержавеющей стали, придуманное в Китае! Специально для автомобилистов, которым уже наскучили стандартные модели авто — подборка удивительных футуристичных агрегатов: машина — огнемет, концепт кар из переработанных пластиковых отходов, самый экологичный из всех возможных авто — ветрокар и внедорожник …без дворников! Во время пандемии маски прочно вошли в нашу жизнь, и фантазия инженеров начала двигаться в этом направлении.
По мнению разработчиков, такие элементы питания помогут помочь обеспечить бесперебойную работу смартфонов, приборов аэрокосмической промышленности, медицинского оборудования, имплантов, роботов, микропроцессоров. Ее радиоактивная начинка со временем превратится в стабильный изотоп меди, утверждают разработчики.
Ранее исследователи из Швеции и США предложили создавать экраны смартфонов из прозрачной древесины.
Вечная энергия: американская студентка нечаянно изобрела "вечную" батарейку
Необработанные, мы должны знать об этом, но C-14 очень опасны. Источник энергии NDB получается из изотопов среднего и высокого класса. Для обеспечения максимальной безопасности для пользователя изотопы экранированы несколькими слоями синтетического алмаза - одного из самых твердых материалов, которые можно повредить или сломать. Энергия поглощается в алмазе путем неупругого рассеяния, которое используется для выработки электроэнергии. Поскольку бесконечный аккумулятор самозаряжается, любой избыточный заряд хранится во вторичных запоминающих устройствах, таких как конденсаторы, суперконденсаторы и вторичные элементы. Заряд, генерируемый, оптимизируемый и хранимый NDB, может использоваться для питания устройств любого размера, от самолетов и ракет до электромобилей, слуховых аппаратов, смартфонов, датчиков и многого другого.
Сейчас компания добилась значительного прогресса в лабораторных испытаниях с Национальной лабораторией Лоренса Ливермора, с одной стороны, и Кавендишской лабораторией Кембриджского университета, с другой.
Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство. Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи.
А водителям электрокаров и вовсе проще поменять аккумулятор на заправочной станции, чем часами ждать пока зарядится свой. Американский стартап NDB Nano Damond Battery - Нано-Алмазные батареи объявил о революционном изобретении, которое по идее должно решить проблемы пользователей.
Правда, решение это не для слабонервных. В качестве источника энергии американские инженеры предлагают использовать переработанные ядерные отходы, а именно радиоактивный углерод-14. Выращенные в лаборатории синтетические алмазы являются самым теплопроводящим материалом в мире, они не пропускают радиацию и в 12 раз прочнее нержавеющей стали. Поэтому носить в кармане портативный Чернобыль должно быть безопасно для здоровья.
Для новой батареи специалисты смогли создать жидкий, а не твердый наполнитель для получения электронов и сверхвысоких энергий. А потому она меньше своих предшественников. С одной стороны радиоактивный накопитель пропускает электроны, а с другой — контролирует период полураспада.
Представлена «вечная» батарейка на радиоактивных элементах
Устройство размерами 15х15х5 миллиметров (меньше рублевой монеты) способно в течение 50 лет выдавать напряжение три вольта — вдвое больше, чем стандартная пальчиковая батарейка. Батарейка на изотопах плутония, прототип которой создан в НИЯУ МИФИ по заказу Госкорпорации «Росатом», способна работать без подзарядки несколько десятилетий. Американский стартап Nano Diamond Battery сообщил об успешном испытании «атомной» батарейки, которая может проработать 28 тысяч лет. Студентка из МФТИ Екатерина Вахницкая разработала вечную батарейку для кардиостимуляторов.
Ученые разработали вечные батарейки со сроком службы в тысячи лет
Но самое интересное, что укрепление конструкции в итоге привело и к улучшению ее функциональных качеств. Батарея с нанопроводом смогла выдерживать десятки тысяч циклов зарядки. Но и это далеко не предел. По мнению авторов проекта, инновационный аккумулятор в принципе изменит представление об элементах питания как о расходниках.
Сюжет Китайская компания Betavolt Technology, которая базируется в Пекине в ближайшем будущем планирует открыть массовое производство первой в истории ядерной батарейки BV100. Этот шаг китайские инженеры называют революционным в производстве аккумуляторов.
Меньше и рубля, и юаня Фото: Соцсети Стоит напомнить, что само по себе сообщение про атомные батареи новостью по большому счету не является, поскольку они уже давно используются в самых разных сферах. К примеру, еще с 1960-х ими снабжаются космические корабли, а с 1970-х их используют в кардиостимуляторы, которые работают именно на радионуклидных батареях.
К примеру: — в космическом пространстве, в подводной среде или высоко в горах. На данный момент все создатели этой «бесперебойной» батарейки патентуют своё детище. Что вы по этому поводу думаете, друзья? Хотелось бы узнать ваше мнение в комментариях. С уважением Андрей Зимин 03. Поделитесь с друзьями!
Требование безопасного радиоизотопа сужает возможности, поскольку радионуклиды при распаде должны распадаться либо переходить в состояние дочернего ядра. Кроме выбора радионуклида принципиально важным при разработке радиоизотопных источников энергии является выбор схемы преобразователя энергии ядерного распада в электрический ток. На практике преобразование осуществляется по непрямому ступенчатому принципу: кинетическая и кулоновская энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в тепловую, химическую, механическую, световую и другие виды энергии, а затем — в электрическую. Концепция оригинальной физической системы на основе 63Ni предложена группой учёных из Института «ЛаПлаза» под руководством Петра Борисюка [7]. Если обеспечить условия эффективной генерации вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных плёнок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный каскадом многократных неупругих соударений бета-частиц, на выходе экспериментальной реализации получают относительно простую систему, но довольно результативную с точки зрения состава плотно упакованных нанокластеров никеля с градиентным распределением наночастиц по размеру, осаждённых на поверхности широкополосного диэлектрика — оксида кремния [7]. Вследствие размерной зависимости энергии Ферми наличие пространственно-неоднородного распределения металлических наночастиц по размерам приводит к пространственному перераспределению заряда в электропроводящей системе соприкасающихся друг с другом металлических наночастиц. Их средний размер изменяется в выделенном направлении, что приводит к возникновению разности потенциалов на полярных выходах напряжению. Объяснением этого эффекта с помощью знаний физики ядерной реакции является демонстрация формирования нанокластерных плёнок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц. В процессе реакции достигают двух эффектов.
Во-первых, формируются покрытия с фиксированной разностью потенциалов определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении ; во-вторых, происходит преобразование энергии бета-распада 63Ni в ток электронов электрический ток без использования дополнительных сложных для реализации полупроводниковых систем. Исследование электрофизических свойств формируемой нанокластерной плёнки никеля и подбор оптимальных параметров эксперимента для создания эффективного преобразователя энергии бета-распада 63Ni в электричество впервые были опубликованы в журнале Applied Physics Letters коллективом авторов [7]. Поскольку наноструктурированные плёнки могут использоваться в качестве селективного фотоэмиттера — системы с перераспределённым спектром излучения в заданном спектральном диапазоне, процесс окисления плёнки приводил к образованию оксидной оболочки поверх металлического ядра нанокластера. Затем происходило формирование совокупности металлических нанокластеров с их пространственным распределением по размерам, но в одном слое оболочке оксида. Относительно малые размеры нанокластеров 2—15 нм способствуют проявлению квантовых свойств полупроводниковых материалов с широким разбросом значений ширины запрещённой зоны, а это обеспечивает возможность эмиссии фотонов заданной длины волны при нагреве и, следовательно, обеспечивает возможность коррекции спектра излучения под определённый диапазон длин волн. Это важное отличие перспективного открытия в разработке отечественных ученых, поэтому энергоэффективность и энергосбережение современных тепловых источников электроэнергии может выйти на новый уровень. Понимая конкурентное значение технологии, подобными исследованиями занимаются во всём мире. Китайские успехи Китайский стартап Betavolt из Пекина представил первую в мире миниатюрную аккумуляторную батарею с ядерной начинкой: модель BV-100. Первенство объясняют тем, что это первый случай, когда атомная энергия реализована в столь миниатюрной модели.
Отсюда и название батареи — «ядерная». Миниатюризация — основной отличительный признак инновации. Батареи можно подключать параллельно и последовательно, создавая модули в электрической цепи для увеличения мощности источника питания и суммарного напряжения. Заявленная мощность одной батареи с изотопом никель-63 и алмазными полупроводниками сравнима с источником автономного питания в 100 мкВт, а напряжение составляет 3 В постоянного тока [6]. Размеры батареи меньше средней монеты. На рис. Принцип работы батареи основан на преобразовании энергии, выделяемой при распаде изотопов, в электрический ток. Соответственно, речь идёт об источнике энергии, у которого понятие саморазряда отсутствует вообще, а рабочий процесс начинается только после подключения в электрическую цепь при подключении к контактам батареи устройств нагрузки. Изотопы никеля — разновидности химического элемента никеля, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Известны изотопы никеля с массовыми числами от 48 до 80 количество протонов 28, нейтронов от 20 до 52 и 8 ядерных изомеров. Среди искусственных изотопов самые долгоживущие — 59Ni период полураспада 76 тыс. Дочерний изотоп — стабильный 63Cu — получают облучением нейтронами в ядерном реакторе стабильного изотопа 62Ni. Используемый в новой атомной батарее 63Ni — наиболее перспективный радионуклид в бета-вольтаике: средняя энергия бета-частиц 63Ni 17,5 кэВ и максимальная энергия 67 кэВ , период полураспада 100,1 лет; к нему можно создать физическую защиту от мягкого бета-излучения источника в миниатюрном элементе питания. Модуль BV-100 рекомендован к применению в широком спектре современных электронных устройств: в сотовых телефонах и радиостанциях, робототехнике миниатюрных роботах , БПЛА, устройствах с ИИ, медицинских электронных приборах и датчиках разного назначения, в том числе работающих удалённо от основного блока управления или сервера. Особую роль пророчат изобретению в аэрокосмической промышленности, в частности, в микропроцессорной технике. Батарея имеет многослойную конструкцию, устойчива к огню и даже сильному воздействию детонации, приравниваемому к взрывной среде. При этом модуль безопасен и не имеет излучения, ибо в процессе отдачи электроэнергии изотопы распадаются, превращаясь в стабильные и нерадиоактивные изотопы меди. Атомная батарея не имеет внешнего радиоактивного излучения, пригодна для использования даже в условиях высоких требований к стерильности: в медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы, мониторы разного назначения, элементы искусственного сердца, соприкасающиеся с телом человека.
Модуль позиционируют не только «ядерным», но и «вечным», ведь его не надо заряжать. Но это не означает, что электронные устройства с питанием от «волшебной таблетки» могут работать вечно. Заявлено, что батарея может храниться 50 лет без подзарядки и иного обслуживания. Пока не ясно, какими испытаниями этот срок установлен, но он заявлен производителем в анонсе [6].