Российские ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с рекордным сроком службы.
В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет
Обычные батарейки , которые используют для питания часов, карманных фонариков, игрушек и других сравнительно небольших автономных электрических приборов, получают электрическую энергию с помощью химических реакций. 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.
В процессе радиоактивного распада он превращается в изотоп медь-64. В природе изотопа никель-63 не существует. Он получается в специальных ядерных реакторах, поэтому цена 1 г изотопа запредельная. Явно не для батареек смартфонов. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
В Радиевом институте имени В. Хлопина, также входящем в научный дивизион «Росатома», полученный материал очистили и создали рабочий газ для каскада газовых центрифуг Электрохимического завода. Высокий уровень обогащения по изотопу никель-63 необходим для разработки источников энергии длительного срока действия, производство которых планирует организовать «Росатом» на одном из своих предприятий.
Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или небезопасна.
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. Схема преобразования Превращение батарейки в селективно излучающую систему в инфракрасном диапазоне, позволяет увеличить эффективность работы источников питания, часть энергии которых обычно безвозвратно тратиться на тепло, что и было экспериментально продемонстрировано учеными НИЯУ МИФИ в рамках опытно-конструкторской работы по договору с ЧУ «Наука и инновации» Госкорпорации «Росатом».
Также было проведено исследование технических характеристик прототипа, разработан полный комплект конструкторской документации для масштабирования, отработана технология преобразования тепловой энергии ядерного распада в электричество с помощью термофотовольтаических преобразователей. Разработка термофотовольтаических преобразователей в настоящее время активно ведется в США и Европе с целью увеличить эффективность РИТЭГ для использования в космических аппаратах. На текущий момент, основной путь создания высокоэффективных радиоизотопных источников энергии — поиск новых или модифицированных материалов, например, нано- материалов, которые могли бы по своим полупроводниковым свойствам заменить кремний, германий и другие узкозонные полупроводники. Идея, предложенная учеными НИЯУ МИФИ — это оригинальный альтернативный подход к решению проблемы преобразования энергии ядерного распада в электричество.
Её реализация позволила использовать процесс преобразования энергии во всем объеме материала, что увеличивает эффективность преобразования и открывает широкие возможности масштабирования данных элементов для получения как больших мощностей, так и миниатюризации.
Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку
Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ. Про супер-долгую атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью".
В России разработана атомная батарейка
Излучение, вызванное распадом этого элемента, считается безопасным для человека. Вырабатывает NanoTritium очень мало — от 50 до 300 нА. Однако такой аккумулятор подойдет для питания множества микроэлектронных устройств. Он уже применяется в системах с ограниченным доступом. В труднодоступных и опасных местах, о которых хочется забыть на пару десятков лет. Стоит один аккумулятор свыше 1000 долларов США.
Эта технологии позволила значительно уменьшить токи утечки, а, следовательно, и потребление энергии. Первоначально high-k диэлектрики планировалось масштабно применять в интегральных схемах, начиная с 2007 года. То есть одновременно с коммерческой реализацией 45-нм техпроцесса. Действительно, по факту первыми центральными процессорами, оснащенными этой технологией, стали решения поколения Penryn. Что дает использование high-k диэлектриков?
Уменьшение токов утечек минимум в 100 раз. Дело в том, что диоксид кремния SiO2 , традиционно использовавшийся в качестве диэлектрика для создания затвора транзистора на протяжении нескольких десятков лет, просто-напросто исчерпал весь свой потенциал. Так, уже при проектировании 65-нм специалистам из Intel удалось создать слой диэлектрика из диоксида кремния толщиной 1,2 нм.
Новости 17. Не существующий в природе радиоизотоп никель-63 обладает уникальными свойствами мягкого бета-излучения без опасного гамма-излучения. Изотоп никеля-63 первоначально наработали с помощью облучения стабильного изотопа никель-62 в исследовательском реакторе ИВВ-2М Института реакторных материалов входит в научный дивизион «Росатома». В Радиевом институте имени В.
Почему никель-63? Сегодня ученые НИЯУ МИФИ занялись исследованием возможностей использования никеля-63 в качестве радиоизотопа для ядерных батарей в гражданском секторе. Это наиболее перспективный радионуклид: в миниатюрном элементе питания от излучаемого этим изотопом мягкого бета-излучения легко создать защиту, а его период полураспада - более 100 лет - достаточно длительный. Группа ученых из Института ЛаПлаз под руководством Петра Борисюка предложила оригинальную физическую систему, позволяющую провести эффективную генерацию вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных пленок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный многократными соударениями излучаемых изотопом бета-частиц. Эта система является относительно простой, она представляет собой ансамбль плотно упакованных нанокластеров никеля, наночастицы которого осаждены на поверхности диэлектрика — оксида кремния. Ключевая особенность предложенной системы заключается в том, что наночиастицы никеля распределены по размерам, средний размер частицы постепенно изменяется в выделенном направлении. И в этом же направлении происходит увеличение электрических зарядов. Таким образом, формирование нанокластерных пленок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц по размерам позволяет совместить сразу два важных процесса: во-первых, формировать покрытия с фиксированной разностью потенциалов определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении ; во-вторых, осуществлять преобразование энергии бета-распада в электрический ток без использования дополнительных сложных полупроводниковых систем.
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. Они уже давно используются в космических аппаратах — например, запущенные в 1977 году «Вояджеры» работают на энергии, получаемой в результате распада радиоактивного элемента плутоний-238. Также от такого источника питания, до своей кончины в атмосфере Сатурна, работала межпланетная станция «Кассини». Как правило, ядерные батареи используются в космической технике, которая улетает далеко от Солнца и не может питаться от солнечных аккумуляторов. Легендарные «Вояджеры» работают на ядерной энергии Статья в тему: Малый модульный ядерный реактор — революция в ядерной энергетике? Насколько опасны ядерные аккумуляторы По словам представителей Betavolt, разработанный ими ядерный аккумулятор полностью безопасен для людей и окружающей среды.
«Ядерные батарейки» для космической техники
А сколько грамм необходимо на изготовление одного аккумулятора? Одновременно с этим было замечено, что потребуются также алмазные элементы также не ясно сколько? Какова же будет полная стоимость такой батарейки? Электрокардиостимуляторы в России устанавливаются по полису ОМС бесплатно в экстренных случаях или при наличии квоты. При недостаточности квоты и за электрокардиостимуляторы иностранного производства больным приходится оплачивать самостоятельно. Будут ли ядерные батареи устанавливаться за счет бюджета ОМС или пожилые люди должны будут приобретать их отдельно? Если бы руководство Росатома впомнило, что российские пенсионеры живут в режиме "день простоять и ночь продержаться", то, наверно, осознало бы тот нелепый диссонанс между космическим сроком службы и стоимостью. Это наталкивает на мысль, что уважаемый Павел Зайцев активно осваивает средства, выделенные на НИОКР, ничуть не задумываясь о конечных пользователях. Аналогичную оценку "изобретения" Росатома дают пользователи социальных сетей: Едва ли ее где-нибудь получится использовать.
Я более чем уверен, что бюджет как всегда освоили, часть его потратили на презентацию, а само изделие никто никогда не увидит : Заявленный срок службы 50 лет , как мы догадались - это как раз половина периода полураспада Ni63 100лет. Такую же логику используют ученые Бристольского университета в концептуальном ролике. В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C14 и может работать 5730 лет! В Бристольском университете правда забыли поделить на 2, но и 2865 лет слишком много для кардиостимулятора. Уникальность бристольской концепции заключается в том, что проблема ядерных отходов решается путем переработки их в ядерные батарейки. Если внимательно прослушать и перевести текст этого ролика, то открывается гораздо больше интересной информации. Сначала подробно рассказывается о происхождении изотопа С14 С 1940 Англия сделала много ядерных реакторов научного, военного и гражданского назначения.
Сейчас отечественные разработчики занимаются получением международного патента на свое изобретение, которое, нужно отметить, признали ведущие мировые эксперты, а в Research and Markets российский "МИСиС" назвали одним из основных участников глобальной отрасли бетавольтаических батарей.
К созданию батареек, в которых радиоактивный изотоп и алмазный преобразователь для электрической энергии могут спокойно работать 50 и даже 100 лет, в разных странах подошли практически одновременно. Первые разработки российских учёных в этом направлении датируются 2018 годом, их британские коллеги создали такую же технологию в 2019-м, однако ни те ни другие батарейки в продаже ещё не появились. Третий Чернобыль? Что в КНДР с реактором атомной станции Зато у американских учёных есть вполне жизнеспособный образец. Разумеется, атомная батарейка в современном её виде — это почти всегда прототип, который нужно дорабатывать.
Но американская технология существенно отличается от российской. Два прототипа бета-гальванических батарей значительно мощнее российских, хоть и работают по схожему принципу — преобразовывают радиоактивное бета-излучение в электрический ток. Репетиция конца света. Как российские подлодки стреляют ядерным залпом В компании NDB разработчик батарейки утверждают, что продукт позволит "вечно" снабжать энергией абсолютно любое устройство: от смартфона до небольшой баллистической ракеты, которая может автономно и скрытно храниться где-нибудь недалеко от противника. Прототипы атомной батарейки NDB уже прошли испытания в Ливерморской национальной лаборатории и "атомной" лаборатории Кембриджского университета. Американцам, кстати, принадлежит и пальма первенства по внедрению такой технологии на военные и гражданские спутники и космические аппараты.
Первые образцы атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B. В обоих случаях учёные подтвердили, что эффективность энерговыделения у прототипов NDB оказалась на уровне 40 процентов. Для сравнения: КПД конкурирующих батарей колеблется в районе 15 процентов. С американской атомной батарейкой всё почти идеально — она не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания и позволяет обеспечить значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия.
Но они пока не готовы сказать, когда подобные решения появятся в массовом производстве. Это тоже интересно:.
Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. В Китае изобрели атомную батарейку BV100, которая может работать до 50 лет без подзарядки. Ядерные батарейки – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес.
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
Причём батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи, пишет RT. В Китае изобрели атомную батарейку BV100, которая может работать до 50 лет без подзарядки. В России разработана атомная батарейка. Эта батарейка будет полувечной: новости из мира энергетики будущего. Петр Борисюк занимается разработкой атомной батарейки, способной работать без подзарядки порядка 80 лет.
Российские учёные создали прототип ядерной батарейки, которую можно не заряжать годами
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку Группа исследователей из НИТУ «МИСиС» разработали аккумулятор на атомной энергии, который прослужит больше 20 лет. Таким образом им удалось значительно увеличить энергетическую плотность аккумулятора. Она может выдавать небольшое количество энергии, но беспрерывно на протяжении 20 лет.
Сейчас отечественные разработчики занимаются получением международного патента на свое изобретение, которое, нужно отметить, признали ведущие мировые эксперты, а в Research and Markets российский "МИСиС" назвали одним из основных участников глобальной отрасли бетавольтаических батарей.
Одной из ключевых особенностей BV100 является способность сохранять свою мощность в течение пятидесяти лет, исключая необходимость в частой подзарядке или обслуживании. При размерах всего 15 x 15 x 15 мм эта батарея в настоящее время рассчитана на 100 микроватт и 3 вольта. Конечно, такой мощности пока недостаточно для питания повседневных электронных устройств, таких как смартфоны. Однако она дает представление о будущих применениях.
В частности, Betavolt предполагает, что при соблюдении соответствующих норм атомные батарейки могут использоваться потребителями для питания таких устройств, как мобильные телефоны, предлагая альтернативу частой подзарядке обычных аккумуляторов. Батарея не генерирует внешнего излучения, не воспламеняется и не взрывается в ответ на раздражители. Эта особенность также открывает путь к потенциальному применению в медицине, например, в кардиостимуляторах и искусственных сердцах.
Повысить эффективность таких устройств обещают метаматериалы, но прирост эффективности все равно вряд ли превысит десятки процентов. 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.
Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии
Такая батарейка относительно безопасна для человека и способна работать до 20 и более лет. Её применение возможно в специальных приборах, в том числе работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в высокогорных районах. Учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку, которая в десять раз мощнее и вдвое дешевле существующих аналогов. Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры.
В настоящее время проблема не имеет решения, а твердотельные батареи пока массово не выпускаются.
Теоретически, сдвинуться с мёртвой точки удастся к концу текущего десятилетия, но мы уже не раз слышали подобные рассказы от учёных и крупных аналитиков. Например, это могут быть различные имплантаты, находящиеся внутри человека годами. Необходимость замены батарейки без хирургической операции невозможна, а сфер, где требуется небольшой и очень мощный источник питания очень много. Недавно в научных изданиях появилась любопытная информация о компании Betavolt Technology, которая представила атомную батарейку.
Размер батарейки немногим меньше монеты, а сама она способна обеспечивать энергией устройства в течение примерно половины века без необходимости дополнительной зарядки или технического обслуживания. На сайте Betavolt Technology отмечается, что в перспективе такая батарейка может быть использована не только в медицинских приборах, но и найдёт жизнь в потребительской электронике. Это смартфоны, дроны и многие другие устройства, требующих постоянного источника питания. Известно, что атомная батарея основана на 63-ядерных изотопах, которые после периода распада превращаются в стабильный изотоп меди.
Путём многочисленных экспериментов ужалось доказать, что батарейка безопасна и не генерирует внешнего излучения.
Правда, конкретные сроки, как и стоимость, пока не озвучены. Стоит отметить, что рабочий цикл в 50 лет избыточен для обычных смартфонов, которые пользователь меняет каждые несколько лет. Также пока не ясно, захочет ли кто-то иметь при себе «карманный ядерный реактор», несмотря на уверения в его полной безопасности.
И спрос на такие источники питания для космических проектов будет безграничным.
Самый больной вопрос — когда будет налажен широкий промышленный выпуск атомных батареек. Оптимисты, которых немало в России, надеются, что первые партии будут получены уже в 2021 году. Параллельно ведутся исследования по удешевлению стоимости атомных источников питания. Такие исследования проводили в 2019 году британские ученые. Активно занимались проблемой уменьшения габаритов источников питания в США.
Там получены два прототипа бета-гальванических батарей пока еще мощнее российских. Работают американские изделия по схожему принципу — преобразовывают радиоактивное бета-излучение в электрический ток. Прототипы атомной батарейки NDB испытывались в Ливерморской национальной лаборатории и в "атомной" лаборатории Кембриджского университета. В компании NDB разработчик батарейки полагают, что источник позволит "вечно" снабжать энергией хоть смартфон, хоть крылатую ракету, находящуюся долгое время в автономном полете к цели. Создатели атомных батареек уже добились большого прогресса в уменьшении габаритов.
Американская батарейка, к примеру, не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания.