Ядерні батареї на водній основі можуть працювати на космічних апаратах впродовж 100 років

Перші ядерні батареї на водній основі, розроблені університетом штату Міссурі (МУ), можуть бути використані для вироблення електричної енергії для аварійного устаткування та космічних польотів впродовж 100 років.

"Бетавольтаїка - технологія зі створення батареї, що генерує енергію від випромінення, вивчалась як джерело енергії з 1950 років", каже Джей У. Квон (Jae W. Kwon), ад'юнкт-професор електротехніки, обчислювальної та ядерної інженерії в Інженерному коледжі МУ.

Професор Квон заявляє, що контрольовані ядерні технології не є за визначенням небезпечними. "У нас давно є багато прикладів комерційного використання ядерних технологій в нашому житті включно з пожежними сповіщувачами в спальнях та евакуаційними знаками в будівлях".

Бетавольтаїки є генераторами електричного струму, по суті це форма батареї, що використовуює енергію від радіоактивного джерела, яке випромінює бета-частинки (електрони). Зазвичай у якості джерела використовується ізотоп водню, тритій.

На відміну від більшості ядерних джерел енергії, які використовують ядерну радіацію для вироблення тепла, що потім використовується для вироблення електроенергії (термоелектричні і термоіонні джерела), бетавольтаїки використовують процес нетеплового перетворення; збираючи пари електрон-дірка, що утворюються впродовж іонізаційного шляху бета-частинок у напівпровіднику.

Бетавольтаїки, як джерела електричного живлення (і пов'язані з ними технології на базі альфа-вольтаїків) особливо добре підходять для малопотужних електричних застосувань, де важливим є довгий термін служби джерела енергії, наприклад, при імплантації медичних пристроїв або для військового та космічного призначення.

Однак, по тому як радіоактивний матеріал випромінює, він повільно зменшує власну активність (у відповідності до періоду напіврозпаду). Таким чином, з плином часу бетавольтаїчний пристрій забезпечуватиме все меншу потужність. Для практичних пристроїв, це зменшення відбувається протягом періоду багатьох років. Для пристроїв на основі тритію, період напів-зменшення потужності становитиме 12.32 роки, відповідно. У конструкції приладу, потрібно врахувати, які саме характеристики батареї вимагаються в кінці терміну служби.

Батарея використовує радіоактивний ізотоп стронцій-90, який власне слугує джерелом електро-хімічної енергії в розчині на водній основі. Наноструктурний електрод з діоксиду титану (звичайний компонент сонцезахисних екранів) з платиновим покриттям збирає і ефективно перетворює енергію в електронний струм.

"Вода діє як буфер і поверхневі плазмони, створені в пристрої, виявилися дуже корисними для збільшення його ефективності", каже професор Квон. "Іонний розчин, не так легко заморозити при дуже низьких температурах і, тому, він може працювати в широкому діапазоні застосувань, включаючи автомобільні батареї і, якщо відповідним чином упаковані, у космічних апаратах".

Дослідження під назвою "Радіолітичне перетворення енергії у водних розчинах за підтримки плазмонів" було проведено дослідницькою групою професора Квона в МУ і згодом опублікована в журналі Nature.

Дослідження, проведені Сарою Гаррісон (Sara Harrison) в Стенфордському університеті в 2013 році, показали, що ядерні батареї будуть мати значні переваги в порівнянні з традиційними батареями. В результаті вона дійшла наступного висновку: "Добре відомо, що звичайні електрохімічні батареї, незважаючи на їх широке застосування в електронних пристроях, мають обмежену довговічність і сильну тенденцію до деградації своїх властивостей в екстремальних умовах навколишнього середовища."

Джерело:

• newswire.net