И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет! Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов.
Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
Ядерные батарейки — это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. Выбор ядра для атомной батареи из широкого спектра радионуклидов, используемых в радиоизотопной энергетике, зависит от конкретной цели, для которой создается источник питания, режима его эксплуатации и целого ряда других условий. Области применения ядерных батарей разнообразны: в ближайшем будущем ядерные батарейки станут незаменимы на территориях, удаленных от инфраструктуры, например, в Арктике, на больших глубинах, на газо- и нефтепроводах большой протяженности, в космосе, а также в связи и медицине — там, где нужен длительный мониторинг без возможности подзарядки или замены источников энергии. Кроме высокой удельной мощности, важны также простота и удобство наработки радионуклида например, в атомном реакторе и такой параметр, как отсутствие гамма-излучения.
Поэтому, скажем, для ядерных батареек в кардиостимуляторах или датчиках артериального давления и показателей крови подходят только плутоний-238 и никель-63. Требование безопасного радиоизотопа резко сужает круг потенциальных кандидатов, поскольку ядра при распаде должны либо все переходить в основное состояние дочернего ядра, либо заселять возбужденные состояния дочернего ядра с очень низкой вероятностью. Кроме выбора радиоизотопа, принципиально важным при разработке радиоизотопных источников энергии является и выбор схемы преобразования энергии ядерного распада в электричество.
На практике преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется преимущественно по непрямому ступенчатому принципу: кинетическая и кулоновская энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в иную, например, тепловую, химическую, механическую, световую и т.
Основой технологии станет графит с электролитом на водяном растворе. Это позволит исключить использование тяжелых и токсичных металлов, а утилизировать батареи можно будет путем компостирования. Однако в Mercedes отмечают, что начало массового производства таких аккумуляторов начнется не раньше, чем через 15 лет. Углеродные волокна В 2021 году группа ученых из технологического университета Чалмерса в Швеции представила аккумулятор для автомобиля из углеродного волокна. Пластина аккумулятора из углеродного волокна Фото: Advanced Energy and Sustainability Research Батарея из углеродного волокна в виде крышки багажника Фото: Advanced Energy and Sustainability Research В будущем такие аккумуляторы из композитных материалов можно будет использовать как в автомобилях, так и в самолетах, чтобы сделать их легче и экологичнее. Пока ведутся испытания прототипов разных форм-факторов. Без кобальта В конце 2019 года IBM представила образец аккумулятора без никеля и кобальта, из материалов, которые могут быть получены из морской воды.
Он включает комбинацию катодного материала без тяжелых металлов и безопасного жидкого электролита с высокой температурой горения. Специалисты уже подсчитали, что эти материалы могут сделать аккумуляторы дешевле существующих литий-ионных и при этом будут иметь более высокие характеристики скорости зарядки и энергетической плотности, а также будут менее огнеопасными. Авторы разработки считают, что у нее есть потенциал для внедрения в отрасль электромобилей. Кроме того, тесты показали, что батарея способна прослужить достаточно долго, чтобы ее можно было использовать в интеллектуальных электросетях и новой энергетической инфраструктуре. Для будущего производства аккумуляторов IBM уже заключила коммерческое соглашение с Mercedes-Benz, поставщиком электролита Central Glass и производителем батарей Sidus. Полимеры В 2017 году стартап Ionic Materials презентовал полимерный аккумулятор, который в перспективе сможет заменить литий-ионные. Компания заявила, что полимерные литий-металлические аккумуляторы будут безопаснее, долговечнее и экономически выгоднее, так как процесс их производства похож на производство пластиковой упаковки. Аккумулятор Ionic Materials Фото: ionicmaterials.
Прототип, как заявляет производитель, выдерживает до 400 циклов заряда-разряда. Компания работает над тем, чтобы увеличить этот показатель втрое. Полимер для аккумуляторов получили из алюминия и других распространенных материалов. На цинке EnZinc, стартап по производству цинковых батарей, заявил в 2021 году, что нашел способ для замены лития на нетоксичный и дешевый цинк в аккумуляторах.
Что же касается высокой стоимости радиоизотопных источников электричества, то она обусловлена сложностями с выбором делящегося материала. Ведь для этого нужны такие вещества, которые при собственной достаточно высокой активности в процессе распада не будут давать чрезмерно активных продуктов и нейтронов, иначе потребуется еще более мощное экранирование. Да и утилизация такого устройства окажется большой проблемой. Кроме того, гамма-излучатели и источники нейтронов безопасно использовать пока вовсе не получится. Пожалуй, ближе всего к образу «атомной батарейки» для компактной электроники — бетавольтаические тритиевые элементы питания.
Они выглядят как этакие золотистые чипы, или похожи на пузатые банковские карточки. Их стоимость колеблется в диапазоне от одной до трех тысяч долларов, и они могут более десятка лет выдавать ток в сотни наноампер при напряжении до 2,4 вольта. Такие элементы питания используются в слаботочных датчиках, где просто распаиваются на плате.
Разработанная в Китае ядерная батарея сможет увеличить время работы смартфонов до 50 лет В Китае создали ядерную батарею для смартфонов О разработанной в Китае ядерной батарее твердят со всех щелей — например, о ней рассказали авторы Yahoo News. Ее создала основанная в Пекине компания Betavolt, представители которой уверяют, что аккумулятор уже прошел этап предварительного тестирования и в скором времени станет доступен для использования в смартфонах и другой электронике. Конструкция ядерной батареи BV100 Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Настолько крошечная деталь способна обеспечить мощность в 100 микроватт и напряжение в 3 вольта. На сегодняшний день это не особо впечатляющие показатели, но в 2025 году компания обещает выпустить батарею мощностью в 1 ватт, и это уже звучит более внушительно. Примерный внешний вид ядерного аккумулятора Betavolt Это интересно: В 2023 году в Японии открыли крупнейший в мире термоядерный реактор Как работают ядерные батареи В качестве источника энергии внутри аккумулятора используется изотоп никель-63. В отличие от ядерного реактора, который производит энергию за счет деления ядерных частиц, радионуклидная батарея Betavolt работает по другому принципу. Будучи внутри корпуса крошечного размера, изотопы никеля-63 постепенно распадаются. В результате этого процесса выделяется тепло, которое впоследствии и преобразуется в электричество. Ядерные батареи на основе никеля-63 уже существуют, но имеют большой размер Ядерные батареи не являются новым изобретением.
Ядрена батарейка
| В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет | И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. |
| От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку | Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер. |
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. Ядерные батарейки способны бесперебойно питать элементы годами, пока не достигнут периода полураспада радиоактивного изотопа. Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов.
Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
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.
Потребуется много радиоактивного материала, батарейки начнут вскрывать, а это уже вопросы безопасности производства, использования и переработки», — сообщил в разговоре с RT Сергей Леготин.
В ходе этих реакций, которые называют окислительно-восстановительными , заряд «перетекает» через электролит с одного электрода на другой, и на электродах возникает разность потенциалов. Если соединить концы батарейки проводом, электроны постараются перераспределиться так, чтобы разность потенциалов исчезла — по проводу потечет ток. Химические батарейки, которые также называют гальваническими элементами , обладают высокой эффективностью отношением мощности создаваемого тока к массе , но сравнительно быстро разряжаются, и это заметно ограничивает их автономную работу. Конечно, при определенной конструкции химических элементов их можно перезаряжать тогда их называют аккумуляторами , однако даже в этом случае батарейку нужно как-то соединить с зарядным устройством, что иногда не очень удобно — например, если она обеспечивает питание кардиостимулятора. Очевидно, что остановить его работу, чтобы заменить элемент питания, невозможно.
К счастью, электрическую энергию можно получать не только в химических реакциях. Около шестидесяти лет назад, в 1953 году, Пол Раппапорт заметил , что для получения электроэнергии можно использовать бета-распад радиоактивных элементов. В ходе этого распада ядра элементов испускают бета-частицы электроны или позитроны , которые могут ионизировать вещество электродов и создать на них разность напряжений. Основанные на этом принципе элементы назвали бета-вольтическими. Главным преимуществом таких элементов перед гальваническими выступает их долговечность — период полураспада некоторых радиоактивных изотопов может составлять десятки лет, следовательно, мощность элемента будет оставаться постоянной в течение всего этого периода.
Кроме высокой удельной мощности, важны также простота и удобство наработки радионуклида например, в атомном реакторе и такой параметр, как отсутствие гамма-излучения. Поэтому, скажем, для ядерных батареек в кардиостимуляторах или датчиках артериального давления и показателей крови подходят только плутоний-238 и никель-63. Требование безопасного радиоизотопа резко сужает круг потенциальных кандидатов, поскольку ядра при распаде должны либо все переходить в основное состояние дочернего ядра, либо заселять возбужденные состояния дочернего ядра с очень низкой вероятностью. Кроме выбора радиоизотопа, принципиально важным при разработке радиоизотопных источников энергии является и выбор схемы преобразования энергии ядерного распада в электричество. На практике преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется преимущественно по непрямому ступенчатому принципу: кинетическая и кулоновская энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в иную, например, тепловую, химическую, механическую, световую и т.
Это наиболее перспективный радионуклид в бета-вольтаике — средняя энергия бета-частиц 63Ni 17. Группа ученых из Института ЛаПлаз под руководством Петра Борисюка предложила оригинальную физическую систему на основе 63Ni, позволяющую провести эффективную генерацию вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных пленок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный каскадом многократных неупругих соударений бета-частиц. Эта система является относительно простой с точки зрения экспериментальной реализации и представляет собой ансамбль плотно упакованных нанокластеров никеля с градиентным распределением наночастиц по размеру, осажденных на поверхности широкополосного диэлектрика — оксида кремния.
Задачей ученых НИЯУ МИФИ сейчас является исследование электрофизических свойств формируемой нанокластерной пленки никеля и подбор оптимальных параметров эксперимента для создания эффективного преобразователя энергии бета-распада в электричество.
Первичные результаты, подтверждающие возможность реализации такой системы, ранее были опубликованы в престижном журнале AppliedPhysicsLetters. Открытие, сделанное в ходе разработки Кроме прочего, оказалось, что данные наноструктурированные пленки могут использоваться в качестве селективного фотоэмиттера — системы с перераспределенным спектром излучения в заданном диапазоне. Как показали проведенные эксперименты, процесс окисления пленки приводит к образованию оксидной оболочки поверх металлического ядра нанокластера. Таким образом, при окислении металлической пленки формируется ансамбль никелевых нанокластеров, имеющих оболочку из оксида.
Малые размеры нанокластеров 2-15 нм приводят к проявлению у них квантовых свойств, в связи с чем, ансамбль подобных нанокластеров, имеющих оксидную оболочку превращается в набор полупроводниковых материалов. Это обеспечивает возможность эмиссии фотонов заданной длины волны при нагреве и дает возможность «настройки» спектра излучения системы под требуемый диапазон. Это, в свою очередь, выводит энергоэффективность источника электроэнергии на новый уровень.
Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку
С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. Ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с повышенной в десять раз мощностью. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет.
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
Этого достаточно, чтобы, к примеру, обеспечить метеостанцию на Крайнем Севере, отмечают автора ролика. Атомные батареи предлагаю использовать в качестве источника питания для космических аппаратов, объектов Арктики и кардиостимуляторов. Постоянный адрес новости: eadaily.
По словам Александра Аникина, небольшое количество молекулярного трития, даже попав в легкие, за время между вдохом и выдохом не сможет нанести серьезного вреда. Проблема в том, что это водород, а значит, он способен легко встроиться в молекулы воды, оказываясь в жидкостях тела и даже биологических полимерах, включая ДНК. С учетом того, что 1 кюри соответствует 37 млрд Бк, легко подсчитать, что 1 г этого изотопа способен загрязнить десятки миллионов тонн воды, сделав ее опасной. Неудивительно, что улавливанию и нейтрализации этого элемента уделяется такое внимание. Александр Аникин, заместитель директора отделения, начальник научно-технического отдела разработки технологии и оборудования для получения изотопов и изотопной продукции ВНИИНМ им. Бочвара: «В прессе можно встретить сенсационные заявления о создании тритиевых батареек для смартфонов.
Это, конечно, мечта: такой источник позволит телефону обходиться без подзарядки годами. Мы и сами просчитывали подобный вариант, но поняли, что пока он вряд ли возможен. Но все же их недостаточно для питания целого гаджета — либо батарейка будет слишком большой и потеряет одно из главных своих преимуществ, компактность». Батарея Радиоизотопные источники тока трудно назвать технологической новинкой. Существуют РИТЭГ и другие термоэлектрические батареи, которые используют распад нестабильных ядер для извлечения тепла и превращения его в электричество. 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.
Хотя бета-распад — один из видов радиоактивного излучения, людям нечего бояться. Бета-излучение в данном случае обладает малой проникающей способностью и легко задерживается оболочкой. 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 качестве элемента питания — радиоактивный изотоп. В итоге атомная батарейка способна проработать не менее 50 лет. А теперь более подробно.
В элементе питания под тонким слоем изотопа никель-63 период полураспада превышает 100 лет расположен крошечный кантилевер рычаг. В процессе распада электроны заряжают его и создают разность потенциалов между пленкой и рычагом. Таким образом, кантилевер притягивается к пленке и, касаясь ее, разряжается, тем самым возвращаясь в исходное положение.
В конструкции атомной батарейки использовался кварцевый рычаг, механическое движение которого и преобразовалось в электроэнергию. Самое интересное, что в 2013 году в продажу поступил атомный аккумулятор NanoTritium от компании City Labs, который, по заверениям производителей, способен обеспечить работу электронного устройства сроком до 20 лет. Как нетрудно догадаться, в его основе используется тяжелый изотоп водорода — тритий.
В природе он получается в высоких слоях атмосферы под воздействием радиации. Тритий научились получать и искусственно. Только стоит учесть, что килограмм этого элемента стоит несколько десятков миллионов долларов.
Излучение, вызванное распадом этого элемента, считается безопасным для человека. Вырабатывает NanoTritium очень мало — от 50 до 300 нА.
Атомная батарейка в современном мире
Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер. Китайский стартап Betavolt разработал атомную батарейку, которая может вырабатывать энергию в течение 50 лет без необходимости зарядки. «Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться.
Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
Петр Борисюк занимается разработкой атомной батарейки, способной работать без подзарядки порядка 80 лет. Смотрите видео онлайн «Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки» на канале «Росатом» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 17 июля 2023 года в 15:04, длительностью 00. Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
К тому же они не выходят наружу, а остаются внутри устройства. Такой источник питания на данный момент отлично подойдет для медицинских кардиостимуляторов. Но вот о стоимости разработчики не говорят. Но можно подсчитать ее и без них. От сюда можно сделать вывод что на полноценную батарею потребуется очень много денег. Состав ядерной батарейки Никель 63 добывают из алмазов.
Но чтобы получить данный изотоп потребовалось создать новую технологию по нарезке прочного алмазного материала. 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.
Мы и сами просчитывали подобный вариант, но поняли, что пока он вряд ли возможен.
Но все же их недостаточно для питания целого гаджета — либо батарейка будет слишком большой и потеряет одно из главных своих преимуществ, компактность». Батарея Радиоизотопные источники тока трудно назвать технологической новинкой. Существуют РИТЭГ и другие термоэлектрические батареи, которые используют распад нестабильных ядер для извлечения тепла и превращения его в электричество.
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».
А он — вашему внуку. Потом она перешла к правнуку, к праправнуку и так далее. И все это время продолжала вырабатывать энергию — приблизительно 28 000 лет… Понимаем, что звучит это слишком смело даже для научной фантастики, и тем не менее есть реальные шансы, что подобная батарейка поступит в продажу в самое ближайшее время. Итак, что же такое — "тысячелетняя атомная батарея"? Начнем с того, что ее корпус сделан из необычного материала — синтетических наноалмазов.
Внутрь корпуса помещен радиоактивный сердечник, изготовленный из переработанных ядерных отходов, — углерода-14. Этот изотоп применяется в ядерной медицине, с его помощью диагностируют заболевания желудочно-кишечного тракта. Ядерные реакторы, использующие воду в активной зоне, также являются источником углерода-14.
Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет 16. Предлагаем вам ознакомиться с основными фактами об этой революционной новинке. 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.
Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность
Физики оптимизировали толщину слоев ядерной батарейки, использующей для производства электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер.