Новые японские батарейки из алмазов и углерода-14 переживут владельца, его внуков и правнуков


    Японцы в самом деле разработали элементы питания, которые способны работать сотни лет. Их основа — синтетические алмазы и радиоактивные изотопы. По словам исследователей, такие батареи подходят, например, для космического оборудования. У них, конечно, есть недостатки, но достоинств тоже немало.

    Авторы проекта — ученые и инженеры Национального института материаловедения Японии (National Institute of Materials Science, NIMS). Насколько можно понять, японцы собираются коммерциализировать свое изобретение, так что все детали конструкции батарей они не раскрывают. Но, в целом, понять что к чему можно.

    Что это за элементы и зачем там алмазы?


    Согласно источнику, японская батарея состоит из трех главных элементов. Два из них — радиоактивные, а третий, собственно, алмаз. Как и говорилось выше, минерал этот искусственный, так что стоимость всей системы не заоблачная.

    Синтетические алмазы многие десятки лет используются в промышленности. Создаются они в лабораторных условиях, характеристики их приближены к природным, но стоимость в несколько десятков раз ниже.

    Что касается радиоактивных элементов, то это изотопы углерода и никеля с длительным периодом полураспада. Для углерода-14 он составляет 5700 лет, а для никеля — 63-100 лет. Комбинация двух изотопов позволяет увеличить время работы батареи.

    Алмазы служат в качестве электродов. Изотопы генерируют бета-излучение, ну а алмазы производят электрический ток. Для того, чтобы защитить окружающую среду и людей, элемент помещается в металлическую оболочку. Стекло, металлы, плексиглас не пропускают бета-излучение, так что обычного алюминия хватит, чтобы сделать батарею полностью безопасной. Она относится к типу бета-гальванических.

    Если использовать элементы лишь в космической промышленности, то и проблемы с их утилизацией нет — все равно системы отправляются в космос и на другие планеты. Но, если применять алмазные батарейки на Земле, придется разработать безопасный и надежный процесс переработки.

    Прототип есть, но кое-что нужно улучшить


    Как и говорилось выше, у этого элемента питания есть как достоинства, так и недостатки. Преимущества солидные.

    Во-первых, радиоактивные элементы можно брать из отходов АЭС. Изотоп углерода-14 используется во многих отраслях промышленности, в науке и медицине. Так, он применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта.

    При этом отходы АЭС с углеродом-14 (а накапливается он на графитовых стержнях из реакторов). Хранить подобные отходы и дорого, и непросто, поскольку нужны специальные методы защиты. Так что если алмазные батареи пустить на поток, то проблему отходов хотя бы частично можно решить.

    Во-вторых, они крайне долговечны, о чем уже не раз было сказано. О запасе энергии можно просто не беспокоиться.

    В-третьих, такие элементы надежны. Выходить из строя там особо нечему, разве что при механическом воздействии. «Они могут работать даже при высоких температурах, и их можно использовать, в частности, в космическом оборудовании и машинах для разведки полезных ископаемых», — сказал Сатоши Коидзуми (Satoshi Koizumi), один из авторов проекта алмазной батареи и сотрудник NIMS.

    В-четвертых, конструкция батарей на алмазах проще, чем конструкция РИТЭГ на плутонии, которые используются сейчас в космических аппаратах.

    НО. Как всегда есть ложка дегтя во всей этой бочке меда. А именно — малая мощность батареи. Прототип выдает пока лишь 1 микроватт мощности, так что для того, чтобы обеспечить энергией космический аппарат, нужна либо огромная батарея, либо доработка элемента. И как раз в этом направлении будут действовать представители NIMS.

    Алмазные батареи как тренд


    Еще в августе мы писали о том, что американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. И да, там тоже используются алмазы и углерод-14. У американцев также есть прототип, плюс их элемент уже прошел несколько этапов тестирования.



    Американский элемент питания не тайна, и протип батарейки изучили сторонние ученые. Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Причем конкуренты прототипа батареи NDB демонстрировали 15% эффективности при производстве энергии. А у разработки калифорнийского стартапа благодаря синтетической алмазной структуре, которая выступает одновременно полупроводником и теплоотводом, эффективность достигла 40%. Внутренний стержень «фонит» до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены.


    Nano Diamond Battery предлагает бета-гальванические батареи в разных форм-факторах, включая привычные АА, AAA, 18650, CR2032 и других. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств. При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору.

    В общем-то, похоже на то, что алмазные элементы — новый тренд. Если удастся поднять их мощность, то батареи можно будет использовать не только в космической отрасли, но и на Земле. Конечно, с оглядкой на безопасность, — ведь стоит повредить металлическую оболочку, и бета-излучение станет воздействовать на окружающие элемент объекты.

    Тем не менее, американцы сохраняют оптимизм. «Представьте себе iPhone. 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.

    Selectel
    IT-инфраструктура для бизнеса

    Комментарии 31

      +2
      Интересно конечно, но при чём тут .NET?))
        +27
        — Эти ваши батареи часто менять надо?
        — .NET
        +6
        Прототип выдает пока лишь 1 микроватт мощности, так что для того, чтобы обеспечить энергией космический аппарат, нужна либо огромная батарея, либо доработка элемента. И как раз в этом направлении будут действовать представители NIMS.

        Интересно, что они там дорабатывать собрались, если грамм углерода-14 излучает 0,6 бета-частиц в секунду, с энергией до 156 кэВ. Ну т.е. килограмм сего «энергоносителя» излучает теоретическую предельную мощность до 1.5 * 10⁻¹¹ ватт.
        А если брать какой-нибудь более щедрый на распад изотоп, там сразу и время полураспада сокращается, и радиоактивность становится неприятной.
        Это «дорабатывать» звучит как в анекдоте:
        — Я сделал архиватор, ужимает что угодно до пяти байт.
        — Круто, а дай посмотреть!
        — Да позже, я сейчас работаю над разархиватором.
          +2

          Кажется с числом частиц ошибка вышла порядков на 11-12.

            0
            Да, согласен, справочник до конца не дочитал, что это про примесь в обычном углероде :)
            +1
            Пока полез посмотреть справочник (что что ерунда понятно было и сразу, полез посмотреть на сколько именно порядков ошибка) меня опередили.

            Ну чтобы не пропадало: активность чистого углерода-14 около 170 ГБк (миллиардов распадов в секунду) на 1 грамм вещества. А 0.6 это для природного (атмосферного) углерода в котором доля изотопа С-14 ничтожна — порядка одной триллионной.
              0
              Один грамм углерода-14 испускает 170 миллиардов бета-частиц в секунду. Это 4,2 мВт тепловой мощности. КПД лучших на сегодняшний момент бетавольтаических элементов — порядка 1%. И куча проблем с тормозным рентгеном от четырех с половиной кюри радиоактивной гадости.
              Чтобы от углерода-14 зарядить айфон «несколько раз в день», нужно хотя бы несколько ватт. Это десятки килограмм радиоактивного изотопа.
                +1
                никто не говорил о портативности — в общем Ералаш…
              +13
              Зачем такие кричащие заголовки, если продукт супернишевый и с ним не столкнется ни один читатель? Тем более, что принцип не то что не новый, а известен чуть ли не со времен Кюри.
                +3
                Как это зачем? Что бы зашли и почитали. Я саму статью особо не читал — сразу в тексте искать начал какая мощность будет. Оказалось — всё как обычно последние 10 лет.
                +10
                Уже представляю будущую рекламу батареек Энерджайзер — человеческая цивилизация уже давно вымерла, а кролики на батарейках все еще бегают.
                  +8
                  А вымерла, вероятно, из-за радиации.
                  +2
                  А что с удельной энергоемкостью?
                    +10
                    Странно, но я уже это читал. Ещё более странно, что в этом же блоге. В комментариях к предыдущей заметке есть ссылка на более ранние.)
                      +1
                      Рекурсия. У нас с друзьями есть одна традиция — собираться как минимум раз, а лучше дважды в год и читать (писать) про «новые» ядерные батарейки.
                        0
                        Не, это как рассказать бородатый анекдот друзьям. Все ржут, но только потом рассказчик понимает, что не над анекдотом, а над самим рассказчиком.
                      0
                      нужна либо огромная батарея, либо доработка элемента.
                      Без вариантов, энергия, выделяемая изотопами мизерна. Так что, хочешь жни, а хочешь куй как КПД ни повышай…
                        0
                        Nano Diamond Battery предлагает бета-гальванические батареи в разных форм-факторах...
                        Хоть какой-нибудь намёк на цену был бы ещё. На сайте не нашёл.
                          0
                          Если оно реально будет работать и в формате AA батарейки можно сделать источник выдающий 1.5 вольта на протяжении ста и более лет, то вряд-ли оно будет дешевле, чем несколько тысяч евро за одну AA батарейку — чисто из того, сколько обычных батареект это чудо заменит. ну и алмазы вещь не сильно дешевая, даже мелко покрошенные промышленные.
                            +1
                            Всё равно какое U, важнее будет P (UI).
                            0
                            Сам спросил, сам ответил. 25 августа 2020, newatlas.com/energy/nano-diamond-battery-interview-ndb
                            Our battery will cost something in the region of US$7-8K. But it's different in different applications.
                            0
                            Зашёл в надежде прочесть что-то новое из мира батарей для мобильных устройств, но к сожалению не вышло :(
                            Мой старый добрый смартфон все еще приходится заряжать ежедневно.
                              0
                              Помимо усиления батарей есть еще вариант уменьшения потребления телефона.
                                0
                                У меня вот телефон и месяц наверное может пролежать. Ключевое конечно же «пролежать».
                              0
                              редставьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор

                              Мы все умрём? Такая батарея, способная заряжать iphone, мало того что будет весить центнер, так и еще сделает так что бы у её владельца не было внуков.
                                0
                                Уезжаешь в тундру, ставишь юрту, закапываешь батарею в мерзлоту и понтуешься перед оленями :)
                                +1

                                Мне вот одно интересно — как эти взаимоисключающие параграфы умещаются на одной странице?


                                Прототип выдает пока лишь 1 микроватт мощности

                                Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час. Представьте себе это.
                                  0

                                  Ну представить то что угодно можно, мечтать не вредно...

                                  0
                                  Очередной развод лохов-инвесторов. Почему? Технические детали уже написали выше.
                                    0
                                    ну а алмазы производят электрический ток.

                                    Вот тут я залип.
                                    У японцев какая то альтернативная физика? Может это из области пьезо-эффектов, с появлением зарядов на поверхности под воздействием?
                                    В общем звучит как то странно.
                                      0
                                      таких новостей что то в последнее время много и каждая описывает какое то улучшение, но улучшения почему то касаются чего угодно, кроме главной проблемы — мощности

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое