Korėjos Degu Gjongbuko mokslo ir technologijų instituto mokslininkų komanda, vadovaujama profesoriaus Su-Il In, pristatė revoliucinę naujovę, tai branduolinę bateriją, kuri gali veikti kelis dešimtmečius be įkrovimo. Ši pažangi technologija remiasi perovskitų pagrindu sukurta betavoltažine elementų sistema, kuri aprūpina energija mažus elektroninius įrenginius be papildomų energijos šaltinių.
Mokslininkai naudojo anglies-14 izotopą, radioaktyvią anglies formą, dar vadinamą radiokarbonu. Ši medžiaga buvo sujungta su perovskitų struktūra, kad sukurtų stabilią ir efektyvią hibridinę bateriją.
Kad sustiprintų kristalinę struktūrą ir pagerintų elektros krūvio judėjimą, komanda pritaikė papildomus cheminius priedus, metilamonio chloridą ir cezio chloridą. Šių medžiagų derinys lėmė reikšmingą efektyvumo šuolį, elektronų judrumas padidėjo net 56 tūkstančius kartų.
Naujos kartos konstrukcija su perovskitais
Tai pirmas atvejis, kai perovskitai sėkmingai integruoti į betavoltažinį elementą. Ši sistema veikia paversdama beta daleles, kurios išsiskiria radioaktyvaus skilimo metu, į elektros energiją. Kadangi beta spinduliai neperžengia žmogaus odos ir yra lengvai sulaikomi paprastomis medžiagomis, ši baterija laikoma saugia biologiniu požiūriu.
Norint padidinti energijos konversijos efektyvumą, buvo panaudotas titano dioksido puslaidininkis, kuris dažnai naudojamas saulės baterijose. Jis buvo sustiprintas specialiu dažikliu, turinčiu rutenio, o ryšys tarp dažiklio ir puslaidininkio buvo sutvirtintas citrinos rūgšties apdorojimu.
Kai beta spinduliai pasiekia dažiklį, jie sukelia elektronų reakcijų laviną. Elektronai patenka į titano dioksidą ir sukuria elektros srovę, kuri perduodama įrenginiui.
Baterija buvo sukurta taip, kad radiokarbonas būtų naudojamas ir anode, ir katode. Tai padidina beta spinduliuotės kiekį ir sumažina energijos nuostolius. Tokia konstrukcija padėjo padidinti energijos konversijos efektyvumą nuo 0,48 iki 2,86 procento.
Nors tai vis dar mažiau nei įprastų ličio jonų baterijų rodikliai, tyrėjų nuomone, efektyvumą galima dar padidinti tobulinant konstrukciją ir ieškant efektyvesnių medžiagų.
Pirmasis žingsnis į praktinį pritaikymą
Profesorius In pabrėžia, kad tai pirmasis realus žingsnis į praktinį betavoltažinių elementų taikymą. Komanda siekia ne tik komercializuoti šią technologiją, bet ir pritaikyti ją ekstremalioms aplinkoms, taip pat ją miniatiūrizuoti. Tai atveria duris naujos kartos energijos šaltiniams, kurie gali būti naudojami vietose, kur įprastos baterijos nėra tinkamos.
Pasak daktaro studijų studento Junho Lee, nors darbas su šia technologija kupinas iššūkių, komanda jaučia stiprią motyvaciją ir atsakomybę, nes jų tyrimai tiesiogiai susiję su šalies energetiniu saugumu.
Mokslininkai tiki, kad ateityje šios radiokarbono baterijos gali būti naudojamos itin įvairiose srityse nuo širdies stimuliatorių iki kosminių zondų ir bepiločių skraidyklių. Kaip sako profesorius In, saugi branduolinė energija gali būti patalpinta net ir įrenginiuose, kurie telpa ant piršto.
