ساخت قدرتمندترین باتری هسته‌ای توسط دانشمندان روس

محققان روسی نمونه اولیه یک باتری هسته‌ای را با تراکم قدرت بسیار بیشتری نسبت به سایر نمونه‌ها تولید کرده‌اند.

کد خبر: ۲۲۵۶۱۸

تاریخ: ۱۵ خرداد ۱۳۹۷ - ۱۳:۳۲

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از گیزمگ، تصور کنید باتری یک دستگاه را هر 10 سال یک بار یا حتی هر یک قرن یک بار تعویض کنید. باتری‌های هسته‌ای می‌توانند یک روز این امر را محقق کنند، اما تراکم قدرت آنها در حال حاضر پایین‌تر از چیزی است که این کار عملی شود.

در حال حاضر محققان روسی نوع جدیدی از باتری‌های هسته‌ای مبتنی بر نیکل-63 را که دارای انرژی بسیار بیشتری از باتری‌های معمولی و تجاری است، توسعه داده‌اند.

با انرژی هسته‌ای به دلیل این واقعیت که هر گونه مواد هسته‌ای که در محیط‌زیست رها شود می‌تواند تا چند دهه یا حتی قرن‌ها برای آن خطرناک باشد، با احتیاط فراوان رفتار می‌شود. اما اگر این باتری‌ها واقعا دارای چنین طول عمری باشند، می‌توانند به خوبی به کار گرفته شوند و انرژی خود را به آرامی و به طور مداوم در طول سال‌ها آزاد کنند.

بعضی از باتری‌های هسته‌ای از طریق فرایندی به نام "بتاولتائیکس"(betavoltaics) کار می‌کنند. یک منبع رادیواکتیو در داخل دستگاه، ذرات بتا (الکترون و پوزیترون) منتشر می‌کند و زمانی که آنها با یک لایه نیمه‌هادی ارتباط برقرار می‌کنند، می‌توانند جریان الکتریکی ایجاد کنند.

در حالی که این نوع باتری‌ها می‌توانند به طور مداوم برای مدت طولانی انرژی را تحویل دهند، تراکم قدرت کم آنها به این معنی است که انرژی به کندی جریان می‌یابد.

فراهم کردن انرژی نسبتا کم در طولانی‌مدت، منابع قدرت هسته‌ای را برای برنامه‌های کاربردی که تعویض باتری در آنها بسیار سخت است، مانند فضاپیماها یا دستگاه‌هایی ایمپلنتی مانند ضربان‌ساز که در قلب بیمار قرار می‌گیرد، بسیار مناسب می‌سازد.

در چند سال اخیر، ما باتری‌های هسته‌ای نظیر یک باتری هسته‌ای مبتنی بر استرانسیم که مولکول‌های آب را برای تولید برق می‌شکافد، و یک باتری "نانوتریتیوم"(NanoTritium) با عمر 20 ساله را دیده‌ایم.

اما این طراحی جدید که توسط محققان موسسه فیزیک و فناوری مسکو (MIPT)، موسسه تکنولوژیکی مواد فوق سنگین و مواد کربن نو (TISNCM) و دانشگاه ملی علوم و فناوری MISIS انجام شده، از ایزوتوپ رادیواکتیو نیکل-63 استفاده می‌کند که دارای "نیمه‌عمر" بیش از 100 سال است.

نیمه‌عمر به مدت زمانی گویند که ماده پرتوزا(رادیواکتیو) بر اثر واکنش‌های پرتوزایی به نصف مقدار اولیه خود تقلیل یابد.

تیم محققان یک طرح جدید را طراحی کرده است که چگالی قدرت باتری را بهبود می‌بخشد.

محققان دریافتند که لایه‌های نیکل-63 در ضخامت تنها دو میکرون، بسیار موثر خواهند بود و اگر این منابع رادیواکتیو بین دیودهای الماسی قرار بگیرند،  10 میکرون ضخامت خواهند داشت.

نمونه اولیه این باتری هسته‌ای، حاوی 200 عدد از این مبدل‌های انرژی الماس است و توان خروجی حدود 1 میکرو وات (μW) را به دست آورد. تراکم قدرت آن 10 میکرو وات در هر سانتی‌متر مکعب است که به این معنی است که می‌تواند نیروی یک ضربان‌ساز مدرن را تامین کند.

با توجه به نیمه‌عمر 100 ساله نیکل-63، این باتری هسته‌ای حدود 3300 میلی‌وات ساعت برق در هر گرم را فراهم می‌کند که گفته می‌شود 10 برابر بیشتر از باتری‌های الکتروشیمیایی معمول است.

محققان همچنین یک روش کارآمدتر را برای تولید انبوه لایه‌های نازک الماس با کمترین میزان اتلاف تویعه داده‌اند.

تولید نیکل-63 در مقیاس وسیع می‌تواند دشوار باشد، اما محققان می‌گویند که تولید مقیاس صنعتی این ماده ممکن است در دهه آینده میسر شود.

این تیم قصد دارد تا به پیشرفت طراحی باتری هسته‌ای در آینده ادامه دهد و چندین راه برای تقویت قدرت باتری تعیین کرده است که شامل غنی‌سازی نیکل-63، تغییر ساختار مبدل‌های الماس و افزایش سطح این مبدل‌ها است.

مقاله طراحی باتری هسته‌ای جدید در مجله الماس و مواد مرتبط(Diamond and Related Materials) منتشر شده است.