Powstał bezpieczny prototyp baterii nuklearnej. Może działać tysiące lat

Czy radioaktywny węgiel może stać się podstawą współczesnych technologii? Naukowcy z koreańskiego ośrodka badawczego Daegu Gyeongbuk Institute of Science stworzyli prototyp nuklearnej baterii, która dzięki wykorzystaniu izotopu węgla C-14 oraz nowoczesnych technologii byłaby w stanie zasilać urządzenia nawet przez tysiące lat. Twórcy przekonują, że produkt jest bezpieczny i ma potencjał całkowicie zmienić rynek energetyczny.

Prototyp skonstruowany przez badaczy bazuje na technologii betawoltaicznej, wykorzystującej energię wysokoenergetycznych cząstek beta. Naukowcy zaznaczają, że promieniowanie beta można łatwo zatrzymać za pomocą cienkiej warstwy aluminium, dzięki czemu jest ono bezpieczne dla żywych organizmów. W projekcie zastosowano radioaktywny izotop węgla C-14, który jest odpadem generowanym przez elektrownie jądrowe. To czyni go niedrogim, prostym w recyklingu oraz charakteryzującym się bardzo powolnym rozpadem.

Bateria działająca przez 6 tysiącleci

— Okres półrozpadu węgla C-14 wynosi aż 5730 lat — zauważają autorzy badań. Teoretycznie bateria mogłaby działać przez blisko sześć tysięcy lat, zachowując połowę swojej początkowej sprawności.

W stworzonym przez naukowców prototypie wykorzystano kluczowy półprzewodnik oparty na dwutlenku tytanu z dodatkiem barwnika zawierającego ruten. Gdy cząstki beta uderzają w barwnik, następuje uwolnienie elektronów generujących energię elektryczną. W celu poprawy wydajności zastosowano innowacyjną metodę, umieszczając radioaktywny izotop zarówno w anodzie, jak i katodzie. Pozwoliło to na zwiększenie ilości promieniowania beta oraz zmniejszenie strat podczas jego przemieszczania się między elektrodami.

Inżynierowie odnotowali znaczną poprawę efektywności prototypu. W porównaniu do poprzedniego rozwiązania, gdzie izotop C-14 znajdował się jedynie w katodzie, współczynnik konwersji energii wzrósł z 0,48 do 2,86 procent. Choć wartość ta nadal pozostaje niewielka wobec standardowych akumulatorów litowo-jonowych, badacze planują dalsze prace nad optymalizacją ogniw. Obecnie osiągana gęstość mocy to 20,75 nW na centymetr kwadratowy. Jak przyznają naukowcy, to ciągle bardzo mało — aby zasilić zwykły kalkulator kieszonkowy, potrzeba aż 240 takich baterii.

— Możemy umieścić takie baterie w urządzeniach o wielkości palca — wyjaśnia Su-Il In, jeden ze współautorów wynalazku, który wkrótce zostanie oficjalnie przedstawiony na konferencji American Chemical Society.

Kolejne kroki badań obejmą poprawę kształtu emitera promieniowania oraz opracowanie skuteczniejszych materiałów absorbujących.

Pomimo obaw związanych z promieniowaniem jądrowym rozwiązanie oparte na izotopie C-14 jest wyjątkowo bezpieczne. Eksperci podkreślają, że cząstki beta emitowane przez ten izotop występują naturalnie również w ludzkim organizmie.

Baterie nuklearne mają już 70-letnią historię

Choć baterie jądrowe nie są nowością, osiągnięcie koreańskich badaczy wyznacza nową jakość w kwestii bezpieczeństwa oraz efektywności. Pierwszą taką baterię opracowano w USA w 1954 roku, stosując stront Sr-90 do przekształcania energii cząstek beta w elektryczność. Znaczący rozwój tej technologii nastąpił w latach 60. XX wieku, gdy wprowadzono generatory termoelektryczne (RTG) z plutonem Pu-238. Technologia ta zasilała między innymi satelitę Transit 4A, będącego jednym z prekursorów obecnego systemu GPS.

Powszechne zastosowanie nuklearnych baterii mogłoby spowodować przełom w wielu dziedzinach. Ich potencjał obejmuje zastosowanie w rozrusznikach serca, czujnikach, a nawet w sprzęcie mobilnym, eliminując potrzebę regularnego ładowania. Dodatkowo ograniczenie wykorzystania litu i innych zasobów naturalnych mogłoby znacząco ograniczyć negatywny wpływ produkcji baterii na środowisko. Choć technologię betawoltaiczną czeka jeszcze długa droga, jej twórcy już dziś z optymizmem patrzą w przyszłość.