Интересно: Ну а пока полмира ждет появления новых «вечных» батареек, другие полмира закупают миллиарды источников питания, чтобы прокормить Пожирателя батареек.
Российские ученые создали батарейку из плутония, которая может работать вечно
Пока не ясно, какими испытаниями этот срок установлен, но он заявлен производителем в анонсе [6]. Также непонятно, нужны ли батареи со столь длительным сроком эксплуатации в смартфонах: нередко пользователи меняют устройства на более новые и функциональные каждые 1—2 года. Остаётся загадкой и то, насколько потребители готовы к использованию «карманного ядерного реактора», несмотря на гарантии безопасности. Предпосылки к созданию миниатюрного, пусть пока и маломощного, ядерного энергетического модуля известны ещё в ХХ веке, когда учёные СССР и США разработали электронную технологию для использования в космических кораблях, подводных системах и удалённых научных модулях-станциях, однако термоядерные батареи позиционировались как дорогостоящие и громоздкие. Стремление к миниатюризации и коммерциализации ядерных батарей предпринято в рамках 14-го пятилетнего плана Китая, призванного укрепить экономику страны в период 2021—2025 гг. Надо отметить, что научные коллективы в США и Европе также работают над разработкой подобных батарей. В пресс-релизе сообщается, что новая энергетическая инновация поможет Китаю получить преимущество в новом раунде технологической революции искусственного интеллекта [6]. Пока новейшая разработка находится на стадии пилотных испытаний, создатели первой портативной ядерной батареи утверждают, что будут работать над созданием к началу 2025 года аккумуляторной батареи мощностью 1 Вт.
Применение нетрадиционных источников питания в качестве селективно излучающих систем в инфракрасном диапазоне позволяет увеличить эффективность их работы, ибо часть энергии безвозвратно превращается в тепловую. Это более чем в 2 раза превосходит КПД преобразования радиоизотопных источников питания, выполненных по технологии радиоизотопных термоэлектрических генераторов РИТЭГ. Также было проведено исследование технических характеристик прототипа, разработан комплект конструкторской документации для масштабирования, отработана технология преобразования тепловой энергии ядерного распада в электричество с помощью термофотовольтаических преобразователей, позволяющих работать в ближнем ИК-диапазоне. Такие же разработки в настоящее время активно ведутся в США и Европе для аппаратов исследования космоса. Увеличение КПД солнечных элементов питания посредством использования термофотовольтаических материалов — новый импульс к совершенствованию ядерных батарей. Поэтому путь создания высокоэффективных радиоизотопных источников энергии представляет собой поиск новых или модифицированных материалов, по своим полупроводниковым свойствам способных заменить кремний, германий и другие узкозонные полупроводники. Источник питания на плутонии-238 Созданный в Национальном исследовательском ядерном университете НИЯУ «МИФИ» прототип источника электроэнергии на плутонии-238 мало похож на пальчиковые батарейки или аккумуляторы мобильных телефонов.
Это состоящее из нескольких технологических слоёв 30-килограммовое устройство с многочисленными разъёмами [4]. Стремление к тому, чтобы добиться крайне продолжительной работы данного источника, прямо связано с предназначением и условиями эксплуатации рассматриваемых нетипичных электрических батарей. В пример уместно привести автономные метеопосты на территории Крайнего Севера, створные навигационные знаки и в целом оборудование гидрографических станций, оборудование световых «маяков» для ориентации судов, находящихся в море, в том числе на наземных объектах вдоль трассы Северного морского пути, а также космические спутники. Разумеется, сфера применения ядерных батарей не ограничивается приведёнными выше примерами. Так, при установке в качестве источников питания с мощностью даже 5—10 Вт на удалённые и необслуживаемые оператором обслуживаемые дистанционно метеостанции, предназначенные для передачи информации о погоде на Большую землю посредством телеметрии, удастся добиться более точных прогнозов. Это возможно в том числе из-за стабильного автономного питания удалённых зондов, для которых изотопные батареи будут дополнительным фактором стабилизации питания в комплексе с источниками возобновляемых источников энергии ветра ветрогенераторы и солнца солнечные панели и преобразователи в электрический ток. Долговечность и принцип работы изотопных батарей Чем больше период полураспада активного изотопа, тем больший ресурс имеет источник питания на его основе.
Вот почему так важны характеристики материалов: к примеру, период полураспада тория-228 составляет 2 года, а америция-241 — около 400 лет. Выбранный плутоний-238 — элемент с 87-летним периодом полураспада. Гарантированный срок службы изделий обозначен разработчиками в 30 лет. Как и в любом «рукотворном» устройстве со сложными элементами, в том числе в РЭА, отдельные элементы изделия неравномерно сохраняют свойства, а общая надёжность зависит от расчёта «наработки до отказа» самых нестабильных компонентов. Поэтому в расчётах долговременности эксплуатации учитываются риски разрушения проводников в том числе с алмазным напылением , деградация поверхности и кристаллов фотоэлементов, возможная потеря вакуума в капсуле. При нарушении целостности оболочки и корпуса изотопный источник автономного питания можно переместить в новую оболочку, и сохранённая энергия обеспечит разность потенциалов на полюсах. Таким образом, теоретически ядро, если оно сохранено, можно использовать и далее в других источниках питания РЭА.
Но вот что крайне важно: чем меньше живёт активный изотоп, тем выше при одинаковой энергии распада и прочих равных условиях его энергоёмкость и отдаваемая в нагрузку полезная мощность. Как мы отметили выше, изотопный источник тока практически лишён эффекта саморазряда, так как реакция происходит только при наличии «внутреннего тока» и ЭДС, связанной с подключением внешней нагрузки. Применяемый в плутониевой электрической батарее принцип преобразования энергии ядерного распада в электрическую называют термофотовольтаическим [4]. Альфа-источник окружён вакуумной капсулой, внешние стенки которой покрыты слоем наночастиц. Тепло от ионизирующего излучения нагревает капсулу до 1500 К, заставляя её поверхность светиться. Чувствительные и адаптированные к среде фотоэлементы, окружающие капсулу и способные выдерживать колоссальный нагрев окружающей температуры, улавливают эти изменения спектра. В принципе работы изделий особенности фотогенерации: образование подвижных электронов и дырок при поглощении квантов света, в том числе в органических полупроводниках с изменениями от освещённости и температуры.
Это знание способствует созданию разных устройств в сегменте органической фотовольтаики, таких как солнечные панели и батареи. Перенос заряда и энергии в конденсатах квантовых точек описан довольно давно [3, 5]. Однако с появлением изотопных источников тока задача моделирования транспорта носителей заряда, необходимого для оптимизации характеристик оптоэлектронных устройств на основе квантовых точек, решается лучше. Наногибридные материалы Неупорядоченные органические полупроводники применяются в РЭА даже в производстве кристаллов светодиодов.
Батарею для них разработали в рамках программы SNAP-3. Transit 4A находится в нижней части — это цилиндр. Фото сделано незадолго до запуска в 1961 году. Это навигационный спутник, позволявший получать данные вне зависимости от погоды на поверхности.
Фото: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Ей предшествовало появление SNAP-1 — тестовой платформы, в которой применяли цикл Ренкина цикл преобразования тепла в работу с использованием изотопа церия и ртути в качестве теплоносителя. Инженеры продолжили работу над проектом, пытаясь решить вопрос с защитой будущих астронавтов и груза от радиации, удержав вес системы в определенных рамках: иначе ракета не взлетит. В итоге «щитом» в SNAP-2 стал усеченный конус, заполненный гидридом лития. Реактор разместили вверху, капсулу с условной командой и грузом — за нижней частью. Последовавшие испытания показали, что идея хороша, да только не работает: в определенных условиях, вероятность появления которых высока, смертельная доза радиации пройдет сквозь защиту. Кроме того, конструкция оказалась весьма взрывоопасной. Transit 4A. Атомные батарейки на плутонии-238, которого потратили 96 граммов, установили в навигационные спутники военных Transit 4A и 4B.
Они выдавали 2,5 Вт электрической энергии тепловая была намного больше. Это был 1961 год. Спустя еще примерно год Transit 4B и некоторые другие спутники были повреждены из-за проведенных США ядерных испытаний в рамках программы Starfish Prime. Тогда на высоте 400 километров взорвали 1,44-мегатонный заряд, устроив небесный фейерверк, а заодно повредив собственную технику. Ведь ядерную энергию воспринимали как-то не всерьез. После проведения испытаний Starfish Prime во многих точках мира наблюдалось полярное сияние. Ошибок случалось немало, в том числе после того, как в гонку «радиоактивных» спутников включился СССР, который вначале использовал полоний-210, а затем перешел на уран-235. Иногда атомные батарейки падали в океан упоминается несколько случаев , другие горели в атмосфере или были уничтожены при запуске.
Были вопросы и к конструкции советских космических аппаратов: ситуацию можно сравнить с водителем, выбрасывающим весь мусор которого тонны из машины в окно — чего только не оказалось на мусорной орбите вокруг Земли!
Поэтому нет ничего удивительного в том, что разработчики не только справились с решением этой проблемы, но и акцентировали на этом внимание во время презентации концепта. Так, источник энергии в батарее защищается синтетическими алмазами, которые расположены вокруг последнего в несколько рядов. Всем известно, что алмаз является одним из наиболее твердых и прочных материалов, повредить или сломать который будет очень непросто. Кроме того, использование алмаза в производстве данной батарейки имеет еще один практический смысл.
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.
Selectel Разработка представляет собой специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный сердечник. В процессе неупругого рассеивания бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. В качестве топлива используются переработанные ядерные отходы углерода-14. Этот изотоп применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Он также накапливается в графитовых деталях ядерных реакторов, которые поглощают излучение ядерных топливных стержней.
Хранить такие отходы опасно, дорого и трудно. Батареи на углероде-14 решают сразу две проблемы — недолговечность обычных элементов питания и переработки радиоактивных отходов. В Nano Diamond Battery отмечают, что батарейки безопасны для человека и окружающей среды. В процессе испытаний радиационный фон оставался в норме. А алмазная оболочка дешевые искусственные алмазы успешно защищала корпус от возможных повреждений.
Представлена «вечная» ядерная батарейка
Американский стартап Nano Diamond Battery сообщил об успешном испытании «атомной» батарейки, которая может проработать 28 тысяч лет. "Земляную" батарейку не сравнить по мощности с обычной, зато она вечная и экологически чистая, а все её составляющие можно купить в любом хозяйственном магазине. «Помещая радиоактивный материал внутрь алмаза, мы превращаем проблему ядерных отходов в батарейку для длительной выработки чистой энергии», — заявил Скотт. Студентка из МФТИ Екатерина Вахницкая разработала вечную батарейку для кардиостимуляторов.
Советско-российские разработки. Вечная батарейка
В батарейках, созданных командой Скотта, радиоактивные изотопы выделяют электроны сверхвысокой энергии, подвергаясь радиоактивному распаду. Российские учёные создали прототип батарейки на изотопе плутония. Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. Устройство размерами 15х15х5 миллиметров (меньше рублевой монеты) способно в течение 50 лет выдавать напряжение три вольта — вдвое больше, чем стандартная пальчиковая батарейка. Батарейки на основе данной технологии обладают небольшим весом и устойчивостью к радиации.
Практически вечные: Китай запустит производство батареек, работающих полвека
Поскольку «вечный» аккумулятор не изнашивается так быстро, ему ведь нужно реже питаться. Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. Украдено в России: китайцы создали «вечную батарейку» для электромобилей Главная беда любой электрической легковушки — необходимость постоянно подзаряжать ее аккумуляторы. Над созданием этой "вечной батарейки" в течении 8-ми лет работала большая команда учёных Роскосмоса и Росатома.
Российские ученые изобрели «вечную» батарейку
Вечная батарейка. Российские ученые нашли способ продлить работу этого зарядного устройства. «Вечная атомная батарейка». В 2020 году американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая потенциально может проработать. “Безотходное” производство “вечных” батареек нельзя назвать фантастически дорогим, как о вероятном производстве “атомных аккумуляторов” сегодня рассуждают ведущие специалисты. Американский стартап Nano Diamond Battery представил «вечную» ядерную батарейку — специальный корпус из синтетических алмазов. protivostad, Первые новости о супер пупер мега прорывных аккумуляторах которые уже практически начали производить появились лет 20 назад.
«Вечные» батарейки и аккумуляторы
Как сообщил ресурсу New Atlas исполнительный директор Nano Diamond Battery Нима Голшарифи (Nima Golsharifi), одна такая батарейка может работать до 28 тыс. лет. «Вечная атомная батарейка». В 2020 году американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая потенциально может проработать. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами – и Nano Diamond Battery будет не только питать. Батарейка на изотопах плутония, прототип которой создан в НИЯУ МИФИ по заказу Госкорпорации «Росатом», способна работать без подзарядки несколько десятилетий.
Технотренды 2024: привычным литиевым аккумуляторам приходит конец
| Вечная батарейка может прослужить тысячи лет | Основная особенность батарейки заключается в оригинальной микроканальной 3D – структуре, а если точнее, то главную роль в ней играет никелевой бетавольтаический элемент. |
| Российские ученые изобрели «вечную» батарейку | Устройство размерами 15х15х5 миллиметров (меньше рублевой монеты) способно в течение 50 лет выдавать напряжение три вольта — вдвое больше, чем стандартная пальчиковая батарейка. |
Изобретена "вечная" батарейка
Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Внутренний стержень «фонит» до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств. При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору. Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час. Представьте себе это.
Представьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе неделю, месяц… Как насчет десятилетий? Вот что мы можем сделать с помощью нашей технологии», — рассказал о разработке NDB сотрудник стартапа Нил Найкер.
Батарея якобы уже передана клиентам для изучения, а по-настоящему мощный 1-Вт элемент будет представлен в 2025 году.
Сообщается, что аккумулятор будет полностью безопасным, так как на него не будут влиять температура воздуха и другие факторы. Также отмечается, что проблем с утилизацией быть не должно — к концу эксплуатации почти все радиоактивные элементы попросту распадутся. Эта разработка, как и множество других подобных в США, России и в других странах, использует источник изотопов, который выделяет энергию при радиоактивном бета-распаде. У таких батарей низкий КПД на уровне единиц процентов, но работать они могут десятилетиями, поэтому, например, нашли применение в качестве бортовых систем питания межпланетных станций, которые направляются вглубь Солнечной системы.
Пригодные для использования в массовой электронике портативные прототипы атомных бета-гальванических батарей безуспешно пытаются создать в США, России и не только.
Еще один возможный вариант — натриево-ионные батареи. Они рассматриваются как более дешевая и безопасная альтернатива литиевым и подходят для хранения энергии, так как лучше работают при очень высоких и низких температурах. Компания надеется предоставить первые образцы клиентам в следующем году и запустить полномасштабное производство к концу десятилетия. Первая натрий-ионная батарея, 2015 годИсточник: Spectrum Новые технологии производства аккумуляторов дойдут до мобильных устройств, как только их «обкатают» на электромобилях — тогда нам не придется читать инструкции о безопасной зарядке смартфонов. Но пока мы ждем этого будущего, не лишним будет освежить свои знания.
Но его тяжело загнать в твёрдое состояние, а работать с радиоактивным газом как-то не хочется, - объясняет один из авторов проекта, аспирант химического факультета МГУ им. Ломоносова Иван Харитонов. В итоге остановились на никеле-63. В природе такого изотопа не существует. Легче всего его получить из никеля-62, который образуется естественным путём. Поэтому сначала пришлось воспользоваться центрифугой, чтобы увеличить концентрацию никеля-62. Дальше ещё сложнее: целых два года бомбардировали нейтронами никель-62, чтобы часть атомов схватила дополнительную частицу и превратилась в никель-63. Об этом удалось договориться с Ленинградской АЭС. Но далеко не весь металл превратился в нужный изотоп. Поэтому его разогрели до такого состояния, что он перешёл в газовую фазу, и снова разделили по массе, чтобы увеличить концентрацию никеля-63. Дорогой - это мягко сказано. Одна экспериментальная батарейка стоит от трёх до десяти миллионов рублей. Ещё одна проблема - нанесение никеля-63 на подложку из кремния. Нужно обеспечить слой примерно в 15 нанометров, иначе распад будет поглощаться внутри самого материала. А неэффективно тратить столь дорогой изотоп, конечно, нельзя. Реакция порой идёт совершенно непредсказуемо и зависит от мелочей вплоть до тряпки, которой протирали стол. Иван показывает на экране чёрно-белые пирамидки. Проверять правильность нанесения приходится с помощью атомно-силового микроскопа, который позволяет контролировать работу с точностью почти до атома.
Ученые разработали вечные батарейки со сроком службы в тысячи лет
| В России изобретены «вечные» батарейки | ТОПАЗ — вечная батарейка. |
| Telegram: Contact @Lushkin_SFERA | Батарейку со сроком службы в 28000 лет разработали российские ученые. |
| Telegram: Contact @Lushkin_SFERA | Технически радиоизотопные генераторы не являются батареями, поскольку в отличие от электрохимических аккумуляторов их нельзя заряжать или перезаряжать. |
| В России изобретены «вечные» батарейки | Новости | «Техноконтроль» | Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. |