Изследователска група от Института за наука и технологии Daegu Gyeongbuk (DGIST), ръководена от професор Су-Ил Ин, е разработила нов вид ядрена батерия, наречена перовскитна бетаволтаична клетка (PBC), която може да захранва малки устройства в продължение на десетилетия, без да се налага презареждане. Екипът използва въглерод-14 - нестабилна форма на въглерода, известна като радиовъглерод - и го комбинира с перовскитни материали, за да създаде хибридна батерия с подобрено преобразуване на енергията и дългосрочна стабилност.

Новата батерия използва радиоактивен въглерод-14 и квантови точки (14CNP/CQD) като електроди. Те са вградени в устройството заедно с перовскитов филм, обработен с две добавки на основата на хлор: метиламониев хлорид (MACl) и цезиев хлорид (CsCl). Тези добавки спомогнаха за укрепване на кристалната структура на перовскита, като го направиха по-стабилен и по-добър при преместването на електрическите заряди. В сравнение с по-старите проекти екипът регистрира приблизително 56 000 пъти подобрение на електронната подвижност и максимална непрекъсната работа от девет часа по време на тестовете.

„Това изследване представлява първото успешно интегриране на перовскит в бетаволтаична клетка, което е пионер в областта на перовскитовите бетаволтаични клетки“, заявяват изследователите.

Бетаволтаичните клетки работят, като превръщат бета-частиците, отделяни при радиоактивен разпад, в електричество. Тъй като бета-лъчите не могат да проникнат през човешката кожа и могат да бъдат блокирани от материали като алуминий, технологията се счита за биологично безопасна. Професор Ин обяснява: „Реших да използвам радиоактивен изотоп на въглерода, защото той генерира само бета-лъчи“. Въглерод-14 е и страничен продукт от ядрените реактори, което го прави евтин, широко достъпен и рециклируем. Тъй като се разгражда много бавно, той може да захранва устройства в продължение на стотици или дори хиляди години.

За да повиши ефективността на преобразуване на енергията - мярката за това колко добре една батерия превръща електроните в използваема енергия, - екипът се обръща към полупроводник от титанов диоксид, който често се среща в слънчевите клетки, и го подобрява с багрило на основата на рутений. Връзката между багрилото и титановия диоксид е направена по-силна чрез обработка с лимонена киселина. Когато бета-лъчите от радиовъглерода попаднат върху багрилото, те предизвикват верига от електронни реакции, известни като лавина. След това тези електрони се улавят от титановия диоксид и се изпращат през верига, за да генерират електрически ток.

Батерията е проектирана и с радиовъглерод в анода и катода, което увеличава количеството на бета-радиацията и намалява загубата на енергия на разстояние. Този подход е помогнал да се повиши ефективността на преобразуване на енергията от 0.48% при по-старите модели до 2.86%.

Въпреки това системата преобразува само малка част от радиоактивната енергия в електричество, което означава, че нейната мощност остава по-ниска от тази на стандартните литиево-йонни батерии. Професор Ин предполага, че подобряването на формата на бета-излъчвателя и намирането на по-добри абсорбери биха могли допълнително да повишат мощността.

„Това изследване отбелязва първата в света демонстрация на практическата жизнеспособност на бетаволтаичните клетки“, казва Ин. „Планираме да ускорим комерсиализацията на технологиите за захранване от следващо поколение за екстремни условия и да продължим с миниатюризацията и трансфера на технологии.“

Докторантът Джунхо Лий добавя: „Въпреки че тези изследвания са свързани с ежедневни предизвикателства, които често изглеждат невъзможни, ние се ръководим от силно чувство за мисия, тъй като знаем, че бъдещето на нашата страна е тясно свързано с енергийната сигурност“.

Екипът смята, че при по-нататъшно развитие тези батерии, захранвани с радиовъглерод, биха могли да се използват в различни области - от пейсмейкъри до космически сонди и дронове. Както казва Ин: „Можем да вложим безопасна ядрена енергия в устройства с размерите на пръст“.

Снимка: Unsplash

Виж още: Дори след ядрен апокалипсис Земята си остава по-безопасна за живот от Марс