Атомная батарейка.
Для каких применений?
- В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки
- Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет
- Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку
- Сергей Леготин
Что дальше?
- Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку
- В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет - МК
- Рекомендуем
- «Ядерные батарейки» для космической техники
- Другие новости
Ядерная батарейка: в России создали источник питания, работающий 50 лет
В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C 14 и может работать 5730 лет! Атомная батарея Nickel-63 diamond β-volt представляет собой алмазный полупроводниковый преобразователь и лист никеля-63 толщиной 2 мкм, уложенный слоями. Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий. В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C 14 и может работать 5730 лет!
Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем?
Однако оказалось, что данные наноструктурированные пленки могут использоваться в качестве селективного фотоэмиттера — системы с перераспределенным спектром излучения в заданном спектральном диапазоне. Как показали проведенные эксперименты, процесс окисления данной пленки приводит к образованию оксидной оболочки поверх металлического ядра нанокластера. Таким образом, при окислении металлической пленки формируется ансамбль металлических нанокластеров с пространственным распределением нанокластеров по размерам и имеющих слой оболочку оксида. Малые размеры нанокластеров 2-15 нм приводят к проявлению квантовых свойств, в связи с чем ансамбль подобных нанокластеров, имеющих оксидную оболочку, представляет собой набор полупроводниковых материалов с широким разбросом значений ширины запрещенной зоны.
Это обеспечивает возможность эмиссии фотонов заданной длины волны при нагреве и, следовательно, обеспечивает возможность «настройки» спектра излучения предлагаемой системы под требуемый диапазон длин волн. Это принципиально важный момент, повышающий в рамках предлагаемой концепции энергоэффективность и энергосбережение современных тепловых источников электроэнергии на совершенно новый уровень. Применение подобных систем в качестве селективно излучающих систем в инфракрасном диапазоне позволяет увеличить эффективность работы источников питания, часть энергии которых безвозвратно тратится на тепло, что и было экспериментально продемонстрировано учеными НИЯУ МИФИ в рамках опытно-конструкторской работы по договору с ЧУ «Наука и инновации» ГК «Росатом».
Также было проведено исследование технических характеристик прототипа, разработан полный комплект конструкторской документации для масштабирования, отработана технология преобразования тепловой энергии ядерного распада в электричество с помощью термофотовольтаических преобразователей, позволяющих работать в ближнем ИК-диапазоне.
Бета-излучение в данном случае обладает малой проникающей способностью и легко задерживается оболочкой. А используемый изотоп «никель-63» не имеет сопутствующего гамма-излучения.
Так что сами батарейки не излучают и совершенно безопасны. Чтобы компенсировать малую мощность природного бета-распада, физики используют импульсный режим с накоплением заряда. В этом случае удается обеспечить непрерывную мощность электрического тока 10-100 нановатт с каждого кубического сантиметра устройства.
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. Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство.
Кену и Джону повезло — в их распоряжении было передовое оборудование и другие мощности, которые использовали для разработки ядерного оружия во время холодной войны. Установка работала на принципе распада радиоактивного элемента — он нагревался до высоких температур, просто существуя. Так, один грамм оксида плутония-238 238-PuO2 генерирует 0,5 ватта тепловой энергии. Если ее перевести в электрическую, то получим «батарейку».
У каждого изотопа на один или несколько электронов больше, чем нужно. И они, в зависимости от своей структуры, рано или поздно стремятся «отдать» лишнее. При этом выделяется тепло, его и переводили в электрическую энергию. Как пустить тепло по электрическим проводам? На тот момент уже были известны разные методы. Термоэлектрический — если спаять два провода из разных металлов и нагревать один из них, то по ним пойдет ток. Позже появился термофотоэлектрический — улавливать «детектором» в инфракрасном спектре фотоны. Или даже термоэлектрический конвертер, начинка которого из расплавленных солей натрия и серы при нагреве тоже даст электричество. В общем, перевод энергии из одного вида в другую не был проблемой. Период полураспада — срок жизни изотопов.
У 238-го он 87,7 лет. Через этот срок в килограмме лишь половина вещества останется изотопом, а остальная часть избавится от «лишних» электронов и в данном случае превратится в уран-234. Через еще 87,7 лет останется лишь 250 граммов. Не получится загрузить на борт космического аппарата десяток батареек и менять их по мере надобности — они все начинают работу еще до того, как их подключают к системе. Постоянное уменьшение количества радиоактивного топлива означает и уменьшение тепла и электричества. Но не все так плохо. В космосе не только светло, но и темно В батарейках на основе диоксида плутония-238 увидели смысл в космической промышленности. Например, на околоземной орбите спутнику достаточно солнечных батарей размером с 4 парковочных места.
Атомная батарейка в современном мире
Атомная батарейка, также известная как радиоизотопный генератор тепла (РИГТ), является источником энергии, который использует процесс распада радиоактивных изотопов для. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Российская ядерная батарейка в отличие от традиционных источников питания получает электрическую энергию в результате естественного распада радиоактивных изотопов.
Навигация по записям
- Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
- Как делают ядерные батарейки и зачем они нужны — Журнал «Луч»: объединяем жителей атомных городов
- Поделись позитивом в своих соцсетях
- В Китае создали ядерную батарею для смартфонов
В России разработана атомная батарейка
Китайские ученые создали «вечную» ядерную батарею, которая может производить энергию до 50 лет без подзарядки. Атомные батареи Betavolt могут удовлетворить потребности в долговременном энергоснабжении при различных сценариях, таких как аэрокосмическая промышленность. Ученые НИТУ «МИСиС» разработали компактную батарейку на атомной энергии, заряда которой хватит на 20 лет.
«Это совершенно безопасно» — в Китае создали ядерную батарейку размером меньше монеты
В её основе лежит бета-распад никеля-63. В этой системе увеличен токовый сигнал, поскольку регенерация вторичных электронов происходит внутри наноструктурированных плёнок никеля. В процессе окисления этих плёнок на металлическом ядре образуется оксидная оболочка, что увеличивает эффективность источника питания. Кроме того, никель-63 испускает мягкое бета-излучение, поэтому для него легко создать физическую защиту.
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. Аккумулятор Ionic Materials Фото: ionicmaterials.
Прототип, как заявляет производитель, выдерживает до 400 циклов заряда-разряда. Компания работает над тем, чтобы увеличить этот показатель втрое. Полимер для аккумуляторов получили из алюминия и других распространенных материалов. На цинке EnZinc, стартап по производству цинковых батарей, заявил в 2021 году, что нашел способ для замены лития на нетоксичный и дешевый цинк в аккумуляторах. До этого на рынке существовали только неперезаряжаемые цинковые батареи.
Они выдерживают несколько тысяч циклов зарядки и разрядки. Ведутся испытания образцов.
Одной из ключевых особенностей BV100 является способность сохранять свою мощность в течение пятидесяти лет, исключая необходимость в частой подзарядке или обслуживании. При размерах всего 15 x 15 x 15 мм эта батарея в настоящее время рассчитана на 100 микроватт и 3 вольта. Конечно, такой мощности пока недостаточно для питания повседневных электронных устройств, таких как смартфоны. Однако она дает представление о будущих применениях. В частности, Betavolt предполагает, что при соблюдении соответствующих норм атомные батарейки могут использоваться потребителями для питания таких устройств, как мобильные телефоны, предлагая альтернативу частой подзарядке обычных аккумуляторов. Батарея не генерирует внешнего излучения, не воспламеняется и не взрывается в ответ на раздражители.
Эта особенность также открывает путь к потенциальному применению в медицине, например, в кардиостимуляторах и искусственных сердцах.
Что в КНДР с реактором атомной станции Зато у американских учёных есть вполне жизнеспособный образец. Разумеется, атомная батарейка в современном её виде — это почти всегда прототип, который нужно дорабатывать. Но американская технология существенно отличается от российской. Два прототипа бета-гальванических батарей значительно мощнее российских, хоть и работают по схожему принципу — преобразовывают радиоактивное бета-излучение в электрический ток. Репетиция конца света. Как российские подлодки стреляют ядерным залпом В компании NDB разработчик батарейки утверждают, что продукт позволит "вечно" снабжать энергией абсолютно любое устройство: от смартфона до небольшой баллистической ракеты, которая может автономно и скрытно храниться где-нибудь недалеко от противника.
Прототипы атомной батарейки NDB уже прошли испытания в Ливерморской национальной лаборатории и "атомной" лаборатории Кембриджского университета. Американцам, кстати, принадлежит и пальма первенства по внедрению такой технологии на военные и гражданские спутники и космические аппараты. Первые образцы атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B. В обоих случаях учёные подтвердили, что эффективность энерговыделения у прототипов NDB оказалась на уровне 40 процентов. Для сравнения: КПД конкурирующих батарей колеблется в районе 15 процентов. С американской атомной батарейкой всё почти идеально — она не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания и позволяет обеспечить значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия. Единственный недостаток американского устройства — быстрый выход из строя.
Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае Константин Ян отметил, что этот ресурс может вырабатываться за несколько лет. Заявляемый ресурс — почти 30 тыс.
День, когда появилась атомные батарейки с зарядом на 20 лет
С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. Про супер-долгую атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью". Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. Американцы первые образцы своих атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B.