Ερευνητές στο Northwest Normal University, μαζί με ερευνητές στο Gansu Zhulong Technology στην Κίνα, κατασκεύασαν μια πυρηνική μπαταρία νέας γενιάς χρησιμοποιώντας ισότοπο άνθρακα-14 και έναν μετατροπέα καρβιδίου του πυριτίου (SiC). Η νέα πυρηνική μπαταρία αποτελεί σημαντική βελτίωση σε σχέση με τον προκάτοχό της, όχι μόνο όσον αφορά την χωρητικότητα, αλλά και επειδή αναπτύχθηκε εγχώρια.
Η νέα πυρηνική μπαταρία
Μια πυρηνική μπαταρία, γνωστή και ως ραδιοϊσότοπο ή ατομική μπαταρία, χρησιμοποιεί ενέργεια από τη διάσπαση του ραδιενεργού ισοτόπου στο εσωτερικό της για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Δεδομένου ότι ο χρόνος ημιζωής των ραδιενεργών ισοτόπων μπορεί να διαρκέσει μερικές δεκαετίες, αν όχι αιώνες, μια πυρηνική μπαταρία μπορεί να παραμείνει ενεργή για πολύ περισσότερο χρόνο από τις χημικές αντίστοιχές της.
Αυτό τις καθιστά ιδανικές για ανάπτυξη σε διαστημόπλοια και απομακρυσμένους περιβαλλοντικούς αισθητήρες, ενώ είναι επίσης ωφέλιμες σε ιατρικά εμφυτεύματα, όταν μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατάλληλο ραδιενεργό υλικό. Πυρηνικές μπαταρίες έχουν αναπτυχθεί σε αποστολές στο βαθύ διάστημα από τη NASA στα διαστημόπλοιά της Voyager το 1977 και στο ρόβερ Mars Curiosity το 2012. Η Κίνα, επίσης, έχει χρησιμοποιήσει πυρηνικές μπαταρίες στα σεληνιακά της ρόβερ, Chang'e-3 και Chang'e-4.
Η πρόσφατη επιτυχία της αποτελεί μέρος της στρατηγικής της για την κατασκευή μικρότερων, πιο ισχυρών πυρηνικών μπαταριών που μπορούν να εξυπηρετήσουν βιομηχανικές εφαρμογές.
Καλύτερες από τον προκάτοχό τους
Η ερευνητική ομάδα στο Northwest Normal University είχε κατασκευάσει προηγουμένως μια πυρηνική μπαταρία άνθρακα-14 το 2024 και την ονόμασε Candle Dragon-I, ή Zhulong-1. Η μπαταρία νέας γενιάς που ονομάζεται Qianjiyuan Tianshu, διαθέτει περιορισμένη χρήση ραδιενεργού υλικού στο 22%, ενώ μεγιστοποιεί την ισχύ σε 2,6 φορές χωρίς αλλαγή τάσης ή σταθερότητας.
«Οι προηγούμενες εκδόσεις υπέφεραν από χαμηλή ισχύ, κακή ενσωμάτωση και υψηλό κόστος, επομένως η ομάδα επικεντρώθηκε στο να κάνει τη συσκευή συμπαγή, ισχυρή, οικονομικά προσιτή και πλήρως εγχώρια παραγόμενη», εξήγησε η Su Maogen, επικεφαλής του έργου στο Northwest Normal University. Η ερευνητική ομάδα μέτρησε πέντε σημαντικές αναβαθμίσεις που έχει η Qianjiyuan Tianshu σε σχέση με την Zhulong-1, οι οποίες περιλαμβάνουν μια καλύτερα ταιριαστή ραδιενεργό πηγή και έναν τρισδιάστατο σχεδιασμό στοίβαξης που εξοικονομεί χώρο και βελτιώνει την ενσωμάτωση. Επιπλέον, ένα σύστημα διαχείρισης μικροενέργειας και ενσωματωμένοι αισθητήρες επιτρέπουν την αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία.
Έχει επιτευχθεί αύξηση της απόδοσης της μπαταρίας χρησιμοποιώντας τον μετατροπέα καρβιδίου του πυριτίου, ο οποίος κατασκευάστηκε στην Κίνα.
Δυνατότητες της Qianjiyuan Tianshu
Η μπαταρία νέας γενιάς έχει μέγεθος λίγο πάνω από μια κυβική ίντσα (16,8 κυβικά εκατοστά). Χρησιμοποιώντας 129 χιλιοκιουρι άνθρακα-14, μπορεί να παρέχει ρεύμα 0,713 μικροαμπέρ, τάση 2,06V και μέγιστη απόδοση 1,13 μικροβάτ.
Η συμβατική προσέγγιση στις πυρηνικές μπαταρίες είναι η χρήση θερμοηλεκτρικών υλικών για τη μετατροπή της θερμότητας αποσύνθεσης σε ενέργεια. Ωστόσο, τα συστήματα που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις μπαταρίες είναι ογκώδη στη φύση τους και χρειάζονται υψηλές θερμοκρασίες για να λειτουργήσουν. Η Qianjiyuan Tianshu, από την άλλη πλευρά, μετατρέπει τα ηλεκτρόνια ή τα βήτα σωματίδια από τη διάσπαση στον ημιαγωγό καρβιδίου του πυριτίου, όπου χρησιμοποιούνται για την άμεση παραγωγή ρεύματος.
Στην πραγματικότητα, λένε οι ερευνητές, η μπαταρία μοιάζει πολύ με ένα ηλιακό πάνελ. Αντί να λειτουργεί με το φως, λειτουργεί με την ακτινοβολία. Ενώ οι ερευνητές μείωσαν τον όγκο της μπαταρίας μόλις κατά 17%, κατάφεραν να αυξήσουν την ογκομετρική πυκνότητα ισχύος κατά περίπου 15 φορές.
Επιπλέον, δεδομένου ότι ο χρόνος ημιζωής του άνθρακα είναι 5.730 χρόνια, η πυρηνική μπαταρία έχει ουσιαστικά διάρκεια ζωής χιλιάδων ετών, ανέφερε η South China Morning Post στην έκθεσή της.
www.worldenergynews.gr
