В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. В Китае изобрели атомную батарейку, способную работать без подзарядки 50 лет.
Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем?
В отличие от литийионных аккумуляторов, атомная батарейка в тридцать раз компактнее и совершенно безвредна для человека. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий. В Китае изобрели атомную батарейку, способную работать без подзарядки 50 лет. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий. Если политика позволит, атомные батареи дадут возможность никогда не заряжать мобильный телефон, а дроны, которые могут летать только 15 минут, смогут летать непрерывно". Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек.
Вечный заряд: российские ученые создают батарейку, способную работать десятилетиями
Российские учёные презентовали прототип атомной батареи, способной работать без подзарядки 80 лет. Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. Уникальность атомной батарейки еще и в размере. В сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее. Китайские ученые создали «вечную» ядерную батарею, которая может производить энергию до 50 лет без подзарядки.
Комментарии
- Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет
- Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
- Для каких применений?
- Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет - Российская газета
- Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Разработка описана в научном журнале Applied Radiation and Isotopes. Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока.
После распада 63 изотопа превращаются в стабильный изотоп меди, который нерадиоактивен и не представляет никакой угрозы. США и Европа также работают над созданием миниатюрных ядерных батарей Ядерные батареи или радиоизотопные генераторы — это устройство, в которых энергия распада радиоактивного изотопа преобразуется в электрическую энергию. От ядерных реакторов они отличаются тем, что в них не используется цепная реакция. Технически радиоизотопные генераторы не являются батареями, поскольку в отличие от электрохимических аккумуляторов их нельзя заряжать или перезаряжать. Фото: Betavolt Фото: Betavolt Ученые Советского Союза и США смогли разработать технологию для использования в космических кораблях, подводных системах и удаленных научных станциях, однако существующие радиоизотопные генераторы являются дорогостоящими и громоздкими.
Наиболее известным примером являются РИТЕГи, которые используют тепловую энергию, выделяющуюся при распаде изотопов, и преобразуют ее в электрическую за счет термоэлектрогенератора. Кроме того, существуют нетепловые преобразователи.
А используемый изотоп «никель-63» не имеет сопутствующего гамма-излучения. Так что сами батарейки не излучают и совершенно безопасны. Чтобы компенсировать малую мощность природного бета-распада, физики используют импульсный режим с накоплением заряда. В этом случае удается обеспечить непрерывную мощность электрического тока 10-100 нановатт с каждого кубического сантиметра устройства. Такой мощности достаточно для питания, например, кардиостимулятора.
Самый очевидный — тепло: делящийся материал может разогреваться сам, а может разогревать окружающие его субстанции за счет торможения в них продуктов распада. Последние представлены альфа- ядро гелия, два протона и два нейтрона или бета-частицами высокоэнергетический электрон или позитрон. Кроме того в результате распада могут излучаться гамма-частицы высокоэнергетический фотон и свободные нейтроны. Для выработки электричества чаще всего используется тепло. Наиболее эффективный способ — испарить воду, которая, расширяясь будет крутить турбину. Теоретически при этом можно перевести до 30-40 процентов тепла в электричество. Но для компактной «батарейки» такой метод не подойдет, нужны способы прямой конвертации — без промежуточного носителя.
В них делящийся материал нагревает термопару, которая генерирует электрический ток между двумя разнородными проводниками с отличающейся температурой эффект Зеебека. Они довольно широко используются в космонавтике, а также на Земле в отдаленных от цивилизации местах.
Российские физики уплотнили энергию ядерной батарейки в десять раз
Сообщается, что излучение данного элемента не представляет опасности для живых организмов, его период полураспада длится приблизительно сто лет. Этой энергии должно хватить для автономного питания кардиостимулятора в течение многих лет. Сфера применения представленной батареи весьма широка.
Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство.
Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи. Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков. Несмотря на относительную безопасность для человека и возможность работать до 20 и более лет, атомные батарейки пока не находят применения в быту из-за дороговизны производства. Но это очень-очень дорого и сложно.
Правда, не совсем как обычное. Этот брусок из нержавейки удаляет не грязь, а запах. Секрет — в составе. Стальной сплав нейтрализует сульфоксиды.
Эти органические кислоты — главная причина появления стойких кухонных ароматов. На моем пальце до сих пор остался чеснок с маслом, я специально нанес. Сначала мы увидим, что масло прилипло к мылу. Но оно буквально соскочило с моих пальцев, а дальше, видите, оно мокрое и чистое, и руки", — поделился блогер Даниэль Кортес.
Эту проблему решит вечный источник воды. Такое устройство тоже уже придумали — в Израиле. Оно прогоняет воздух через охлаждающий элемент и собирает влагу. Несколько ступеней фильтрации избавляют жидкость от грязи и микробов — и стакан чистой воды из воздуха готов.
Он вытягивает воду из воздуха, он очищает воду, он использует революционный пластиковый теплообменник", — рассказал изобретатель Алан Дершовиц. Такое всегда происходит в самый неподходящий момент. В России придумали батарейку, которая может бесперебойно работать 28 тысяч лет. Ученые догадались поместить отработанное ядерное топливо в оболочку из искусственных наноалмазов.
Мини-атомная электростанция Представьте себе BV100 как крошечную электростанцию. В основе этой электростанции лежит никель-63, особый тип никеля. Этот радиоактивный элемент распадается, то есть с течением времени он изменяется естественным образом.
В процессе распада выделяется энергия. Вместо того чтобы пустить эту энергию на ветер, BV100 использует ее в своих интересах. Конструкция устройства позволяет улавливать энергию, выделяемую при распаде никеля-63, и накапливать ее для питания различных устройств.
Между слоями никеля-63 в батарею встроены листы монокристаллического алмазного полупроводника толщиной всего десять микрон.
80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Атомная батарейка, также известная как радиоизотопный генератор тепла (РИГТ), является источником энергии, который использует процесс распада радиоактивных изотопов для. Российские учёные презентовали прототип атомной батареи, способной работать без подзарядки 80 лет. Американцы первые образцы своих атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B.
Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
Об этом сообщает пресс-служба вуза. Разработка описана в научном журнале Applied Radiation and Isotopes. Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током.
Срок её службы — пятьдесят лет. Ближайшую перспективу применения атомных батареек создатели видят в медицине. Например, в производстве кардиостимуляторов.
Ядерные батарейки можно использовать в любые сферах, где есть потребность в автономных источниках энергии с большим сроком службы: медицина, микроэлектроника, ядерная энергетика и другие. В ближайшее время начнется мелкосерийная сборка уникальных ядерных батареек.
Источники питания мощностью 200 нановатт могут использоваться в датчиках различных аэрокосмических приборов, микросхем и т. Ранее канал «Наука» рассказал об изотопе урана. На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc.
Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность
| Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку - Онлайн-журнал «Энергия+» | По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. |
| Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет | | «Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться. |
| Батарейка для Севморпути будет работать на плутонии-238 | Что это: атомная батарейка размером с монету, которая может работать до 20 лет. |
| Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею | В России разработана атомная батарейка. Эта батарейка будет полувечной: новости из мира энергетики будущего. |
| Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина | Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или. |
Другие новости
- Конкуренты тоже есть
- Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
- Как делают ядерные батарейки и зачем они нужны — Журнал «Луч»: объединяем жителей атомных городов
- Мини-атомная электростанция
- Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет
| Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина | 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? |
| Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку | Китайский стартап Betavolt разработал атомную батарейку, которая может вырабатывать энергию в течение 50 лет без необходимости зарядки. |
| Российские учёные создали прототип ядерной батарейки, которую можно не заряжать годами | О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. |
Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
| В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка | На фото: Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов © НИТУ «МИСиС». |
| Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность | В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. |
| Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет - Российская газета | Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. |
| Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет! / | Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания. |
Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Новости энергетики. Рубрики. Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность. Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. Российские учёные презентовали прототип атомной батареи, способной работать без подзарядки 80 лет. Российские ученые создали атомную батарейку энергия которой выше в 10 раз по сравнению с предшествинниками. Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
В них делящийся материал нагревает термопару, которая генерирует электрический ток между двумя разнородными проводниками с отличающейся температурой эффект Зеебека. Они довольно широко используются в космонавтике, а также на Земле в отдаленных от цивилизации местах. Например, они применялись как элементы питания в советских маяках вдоль Северного морского пути их было сделано более тысячи штук к концу 1980-х , или в американских долговременных зондах на океаническом дне. Чаще всего они весят несколько центнеров и обладают электрической мощностью до нескольких сотен ватт. Но существовали даже электрокардиостимуляторы с радиоизотопным питанием.
Они не применяются с 1972 года, а их носителей к 2020-му году осталось менее десятка. Проблема таких устройств в очень низкой эффективности — термопары обеспечивают преобразование лишь считаных единиц процентов тепла в электричество. Есть проекты повышения этого показателя вкупе с удешевлением РИТЭГов: либо за счет добавления фотоэлектрических преобразователей как в солнечных панелях, только для инфракрасного излучения , либо за счет использования двигателей Стирлинга. Использовать продукты распада напрямую для выработки электричества тоже можно, особенно если они имеют заряд альфа- и бета-частицы.
Вообще ядерная батарея состоит из излучателя и отделенного с помощью специальной пленки коллектора. Когда идет распад радиоактивный элемент выпускает бета излучение. В итоге происходит его положительный заряд. В это время коллектор заряжается отрицательно. После чего появляется разность потенциалов и образуется электрический ток. По сути наш атомный элемент питания представляет из себя слоистый пирог. Промеж 200-т алмазных полупроводников стоят 200 источников энергии, выполненных из никеля 63. Высота источника энергии составляет около 4 мм. Его вес равен 250 миллиграмм. Маленький размер — это большой плюс для Российской атомной батарейки.
Сложно отыскать нужные габариты. Большая толщина изотопа не даст появившимся в нем электронам выйти. Маленькая толщина не выгодна, так как снижается количество бета распадов в единицу времени.
Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков. Несмотря на относительную безопасность для человека и возможность работать до 20 и более лет, атомные батарейки пока не находят применения в быту из-за дороговизны производства. Но это очень-очень дорого и сложно. Потребуется много радиоактивного материала, батарейки начнут вскрывать, а это уже вопросы безопасности производства, использования и переработки», — сообщил в разговоре с RT Сергей Леготин. В настоящий момент разработка МИСиС проходит процедуру международного патентования, а сам вуз признан зарубежными экспертами «одним из ключевых участников мирового рынка бетавольтаических батарей», отмечает пресс-служба университета. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи, пишет RT.
В таких генераторах применяются достаточно мощные излучатели с большими потоками альфа- и бета-частиц высоких энергий стронций-90, америций-241 и даже плутоний-238 , позволяющие получать сотни ватт. Тритий же считается мягким излучателем, его слабосильные бета-частицы на это неспособны. Зато изотоп отлично подходит для создания батарей другого типа — тех, что называют бета-вольтаическими, или просто атомными. Работают они почти так же, как фотоэлементы солнечных панелей, только полупроводниковый генератор тока в атомных батареях бомбардируется не фотонами, а бета-излучением. Попадание достаточно энергичной 1—100 тыс. На границе полупроводников с электронной N— и дырочной P— проводимостью возникают разница потенциалов и ток. Мощность его невелика, не более сотен микроватт, зато источник получается исключительно миниатюрным, долговечным и надежным. Ориентировочная стоимость: от 200—300 тыс. Роскосмос Источник Атомная батарейка состоит всего из двух ключевых компонентов: источника бета-излучения и полупроводникового преобразователя. На роль первого из них тритий подходит почти идеально.
Но именно из-за долгого полураспада никель имеет очень низкую радиоактивность. Тритий тоже довольно мягкий излучатель, но по остальным параметрам он почти оптимален и позволяет рассчитывать на средний срок службы батареи в 20-25 лет». Тонкие слои излучателя чередуются со слоями полупроводников, чтобы улавливать как можно больше бета-частиц, превращая их энергию в ток. Чтобы разместить этот летучий изотоп в устройстве, ученые поступают так же, как и при его нейтрализации на АЭС, — переводят в твердую форму гидрида, связывая металлическим сорбентом. Такая связь легко обратима и при сильном нагревании позволяет получить свободный тритий, а при охлаждении — связать его снова. Впрочем, в обычной жизни нужные температуры встречаются редко, и в пределах сотни градусов в любую сторону от нуля изотоп остается надежно связанным в металле.
Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку
Однако специалисты уже смотрят в будущее, чтобы увеличить еще больше удельную мощность батареи и заставить ее работать до 50 лет и больше. При имеющейся конструкции в качестве действующего вещества вместо никеля-63 для этого можно было бы использовать более мощный полоний — источник альфа-излучения и посмотреть, что получится. Полониевые батареи и сейчас используются в космических аппаратах, только их КПД оставляет желать лучшего. КПД батарей российских учных теоретически могут дать куда больший результат.
Но то что удалось достигнуть ученым на данный момент не является пределом. Выхлоп можно повысить еще минимум в три раза. А это значит, что ядерную батарейку можно сделать в 3-и раза дешевле. Ядерная батарейка на углероде 14 работающая 100 лет У данной атомной батарейке по сравнению с другими радиационными источниками энергии имеются следующие преимущества: Дешевизна. Долгий срок работы до 100 лет. Низкая токсичность.
Способна работать в экстремальных температурных условиях. Радио активный изотоп углерод 14 имеет период полураспада 5700 лет. Он абсолютно не токсичен и имеет низкую стоимость. Активную работу по модернизации ядерной батарейки ведут не только США и Россия, но и другие страны! Исследователи научились наращивать пленку на карбидной подложке. В результате чего подложка подешевела в целых 100 раз. Такая структура устойчива к радиации, а это делает данный энергетический источник безопасным и долговечным.
Они выдерживают несколько тысяч циклов зарядки и разрядки. Ведутся испытания образцов. Их можно будет масштабировать для мобильных телефонов и до транспортных систем, а также для нужд электроэнергетики. Разработка имеет специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный центр, работающий на переработанных ядерных отходах углерода-14. Бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. Испытания батарейки показали, что радиационный фон остается в норме, а сама она не выделяет углекислый газ. При этом ее стержень «фонит» до 28 тыс. Разные форм-факторы атомных батереек Фото: ndb. Их конструкция работает на никелевом бета-гальваническом элементе, который служит около 20 лет. Эти элементы можно размещать на одежде и использовать их энергию для зарядки мобильных устройств. Термохимические ячейки Фото: misis. Эти панели можно будет устанавливать в окнах домов и офисов. Они будут аккумулировать энергию солнечного света в течение дня. А в 2020 году Tesla презентовала собственный инвертор солнечной энергии, который дополнит линейку домашних солнечных батарей компании. Он будет преобразовывать солнечную энергию в энергию постоянного тока, а затем — в энергию переменного тока для бытового потребления. В зависимости от числа трекеров точки максимальной мощности, оно сможет выдавать от 3,8 кВт до 7,6 кВт мощности. Инвертор Tesla Фото: electrek. Система объединит солнечные тепловые коллекторы с параболическими зеркалами фокусируют лучи в одной точке , подземное хранилище тепла в осадочных породах образуются при низких температурах и давлении и электрогенерирующее оборудование на пару в виде трубок и турбины. При нагревании солнцем вода в трубках будет испаряться, а пар будет входить в турбину и одновременно закачиваться под землю, разогревая осадочную породу.
На основе этого эффекта начали создавать генераторы. Изотоп испускает частицы, а полупроводниковая часть преобразует эти частицы в энергию», — поясняет Сергей Леготин. С помощью таких «сэндвичей» стало можно создавать источники питания, которые вырабатывали бы энергию в течение многих лет без подзарядки. Но у таких батареек тоже были свои минусы: бета-вольтаические элементы дают довольно слабый электрический ток. Поэтому батарейка может питать только маломощные элементы, а для питания чего-то более мощного нужен целый кластер из множества бета-вольтаических элементов. Со временем полупроводниковые технологии совершенствовались. Стало возможно создавать структуры с улучшенным качеством преобразования энергии изотопа в ток. Многие современные ядерные батарейки тоже пользуются бета-вольтаическими элементами. Термофотовольтаика и светящиеся капсулы. Ещё одна технология — создавать батарейки на основе альфа-излучения, за счёт принципа, который называется термофотовольтаическим. Изотоп, испускающий альфа-частицы, — чаще всего это плутоний — погружается в специальную капсулу с напылением. Стенки капсулы под воздействием радиации нагреваются до температуры в 1500 градусов по Кельвину. Капсула становится настолько горячей, что её стенки светятся. Этот свет улавливают фотоэлементы, расположенные вокруг капсулы, и преобразуют в электричество. Похоже на солнечные батареи, но вместо Солнца светится капсула с изотопом. А ещё плутоний даёт намного большие мощности: одна батарейка может выдавать несколько сотен ватт. Хотя есть и свои сложности. Альфа-излучение довольно интенсивное и чаще всего сопровождается гамма-излучением. Под его воздействием понемногу разрушаются узлы батарейки: провода, преобразователи энергии и другие комплектующие. Со временем их понадобится заменять. Например, в плутониевых батарейках оборудование способно «прожить» около 20 лет, хотя период полураспада самого изотопа куда больше — 87 лет. К тому же преобразование тут двойное: тепло превращается в свет, а потом в электричество, и по пути часть энергии теряется. Существуют и другие способы преобразовывать альфа-излучение в электрический ток: нестандартные конструкции батареек, использование неравномерной эмиссии электронов. Но таких разработок меньше, и продвигаются они медленно из-за дороговизны комплектующих. По какой технологии создают ядерные батарейки Технологический процесс делится на несколько этапов. В зависимости от вида батарейки этапы могут различаться — для примера покажем процесс на основе современных тритиевых батареек с сэндвич-структурой. Подготавливают радиоактивные изотопы. Изотопы не берутся из ниоткуда, их получают с помощью долгих и сложных реакций обогащения в специальных центрифугах. Процесс создания изотопа может занимать несколько лет. Чаще всего производители ядерных батареек не готовят изотопы самостоятельно, а закупают — в России их подготовкой занимаются предприятия «Росатома». Разрабатывают полупроводниковый элемент.