SAMSUNG_062022 Advertisement SAMSUNG_062022 Advertisement SAMSUNG_062022 Advertisement

Diamantové batérie vyrobené z jadrového odpadu vydržia až 1000 rokov

0

Jadrová energia produkuje obrovské množstvo nebezpečného rádioaktívneho odpadu, ktorý sa stále hromadí. Odborníci navrhli rôzne riešenia tohto problému a vzhľadom na nedostatok bezpečných úložných priestorov na likvidáciu jadrového odpadu je ústredným bodom týchto myšlienok opätovné využitie materiálov. Jadrové batérie s diamantom boli prvýkrát vyvinuté v roku 2016 a sľubovali nový, nákladovo efektívny spôsob recyklácie jadrového odpadu. Za ich vývojom stál tím fyzikov a chemikov z Cabot Institute for Environment na Bristolskej univerzite.

Vynález bol prezentovaný ako betavoltické zariadenie, čo znamená, že bolo poháňané beta rozpadom jadrového odpadu. Beta rozpad je typ rádioaktívneho rozpadu, ku ktorému dochádza, keď jadro atómu obsahuje nadbytok častíc a niektoré z nich uvoľňuje, aby sa získal stabilnejší pomer protónov k neutrónom. Produkuje sa pri tom druh ionizujúceho beta žiarenia, ktoré zahŕňa množstvo vysokorýchlostných a vysokoenergetických elektrónov alebo pozitrónov, známych ako beta častice. A tieto beta častice obsahujú jadrovú energiu, ktorú možno premeniť na elektrickú energiu prostredníctvom polovodičov.

Výkonová hustota rádioaktívneho zdroja je však tým nižšia, čím ďalej je od polovodiča. A keďže beta častice sú náhodne emitované vo všetkých smeroch, len malý počet z nich zasiahne polovodič a len malý počet z nich sa premení na elektrinu. To znamená, že jadrové batérie sú oveľa menej účinné ako iné typy batérií. Tu prichádza na rad polykryštalický diamant (polycrystalline diamond – PCD). Rádioaktívne diamantové batérie sa vyrábajú pomocou procesu nazývaného chemické nanášanie z pár, ktorý sa široko používa na výrobu umelých diamantov.

Výskumníci upravili tento proces pomocou rádioaktívneho metánu obsahujúceho rádioaktívny izotop uhlíka-14, ktorý sa nachádza na ožiarených reaktorových grafitových blokoch. Diamant je jeden z najtvrdších materiálov a môže pôsobiť ako rádioaktívny zdroj aj ako polovodič. Po jeho vystavení beta žiareniu získate batériu s dlhou výdržou, ktorú netreba dobíjať. Jadrový odpad v jeho vnútri umožňuje samonabíjanie po celé veky. 

Bristolský tím však upozorňuje, že ich rádioaktívne diamantové batérie by neboli vhodné pre notebooky alebo smartfóny, pretože obsahujú iba 1 g uhlíka-14, čo znamená, že poskytujú veľmi nízky výkon (iba niekoľko mikrowattov, čo je menej, ako poskytujú typické AA batérie). Zatiaľ sú teda obmedzené na použitie v malých zariadeniach, ktoré musia zostať dlho bez dozoru, ako sú senzory a kardiostimulátory.

Potrebný je preto ďalší vývoj technológie. Startup NDB Inc. so sídlom v San Franciscu vytvoril vysokovýkonnú nanodiamantovú batériu. Predstavil ju v roku 2016 a v roku 2020 ohlásil dva testy na dôkaz konceptu. Je to jedna z firiem, ktoré sa pokúšajú komercializovať rádioaktívne diamantové batérie. Nanodiamantové batérie od NDB sú na webovej stránke spoločnosti charakterizované ako alfa, beta a neutrónové voltické batérie a majú niekoľko nových funkcií. Patrí medzi ne trvanlivosť.

Spoločnosť počíta s tým, že batérie by mohli vydržať až 28 000 rokov, mohli by teda spoľahlivo napájať vesmírne vozidlá pri dlhodobých misiách, na vesmírnych staniciach a satelitoch. Drony, elektrické autá a lietadlá na Zemi by nikdy nemuseli zastavovať, aby sa mohli dobiť. Druhá vlastnosť je bezpečnosť. Diamant je nielen jedna z najtvrdších látok, ale je to aj jeden z najviac tepelne vodivých materiálov na svete, ktorý pomáha chrániť pred teplom produkovaným rádioizotopmi, z ktorých je batéria vyrobená. Navyše tenké vrstvy PCD v nich umožňujú rôzne tvary a formy batérie.

Môžu teda vstúpiť na rôzne trhy – od už spomínaných vesmírnych aplikácií až po spotrebnú elektroniku. Spotrebiteľská verzia by však nevydržala dlhšie ako desať rokov. Nanodiamantové batérie majú prísť na trh v roku 2023. Možno však povedať, že bežné lítiovo-iónové batérie nebudú tak skoro nahradené rádioaktívnymi diamantovými batériami. Vydržia síce kratší čas, no ich výroba je oveľa lacnejšia. Keďže však Li-ion nevydržia tak dlho (majú životnosť asi päť rokov), produkujú aj veľké množstvo elektronického odpadu, ktorý nie je ľahké recyklovať.

Rádioaktívne diamantové batérie sú pohodlnejšie, pretože majú oveľa dlhšiu životnosť ako bežné batérie. Keby sa z nich dala vyvinúť univerzálna batéria, ako to navrhuje NDB., mali by sme v konečnom dôsledku batérie, ktoré vydržia dlhšie ako smartfón, a mohli by sme jednoducho vymeniť batériu z jedného telefónu do druhého, ako teraz prenášame SIM kartu.

Zdroj: thebrighterside.news.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať