Наука и Техника

Наука И Техника
20 сентября 2014

Ученые разработали высокоэффективные компактные ядерные батарейки

Исследователи из Миссурийского университета заявляют, что создали прототип компактной ядерной батарейки на водной основе, чья эффективность и продолжительность работы намного выше по сравнению с обычными батарейками. Ученые считают, что в недалеком будущем подобный тип батарей будет использоваться в самых разных сферах, включая производство автомобилей и даже космических кораблей, а также в тех направлениях, где эффективность, надежность и продолжительность работы подобных энергетических носителей будет иметь наивысшее значение.

«Бетавольтаика — технология производства батарей, которые генерируют энергию из радиации — является предметом научных исследований в качестве потенциального источника энергии еще с 1950-х годов», — рассказывает доцент инженерного колледжа при Миссурийском университете Джей В. Квон.

«Управляемые ядерные технологии необязательно могут представлять опасность. Дело в том, что ядерные технологии уже довольно давно используются в коммерческих целях и нередко встречаются в наших домах. Ядерные технологии, например, используются в пожарных датчиках или тех же указателях систем аварийного выхода в зданиях».

Используя радиоактивный изотоп стронция-90 для повышения эффективности электрохимического производства энергии в растворе на водной основе, исследователи применили в качестве катализатора для разложения воды электрод на основе наноструктурного диоксида титана. Катализатор и радиация здесь используется для расщепления воды на кислородные соединения.

В результате, когда бета-излучение проходит сквозь наноструктурный диоксид титана (или платины), внутри диоксида титана образуются электронно-дырочные пары, которые создают поток электронов и в конце концов электрический ток.

«Вода здесь играет роль буфера, и образовывающиеся поверхностные плазмоны очень положительно сказываются на повышении эффективности таких батареек», — говорит Квон.

«Используемый ионный раствор хорошо справляется с работой в условиях низких температур и может обладать широким потенциалом применения, включая производство автомобильных аккумуляторов (при должной сборке и упаковке) и, возможно, даже в космической промышленности».

Справедливости ради, следует отметить, что это не первая успешная попытка создания компактных ядерных батареек (в 2012 году, например, компания City Labs создала нанотритиумовые батареи), однако это первый успешный пример, который показывает эффективность и преимущества использования радиолиза (расщепления воды радиацией) для производства электрического тока при более низких температурах. Кроме того, ученые из Миссурийского университета заявляют, что их метод расщепления воды для производства энергии является более эффективным по сравнению с аналогичными методами, предложенными другими исследовательскими командами.

Ученые Миссурийского университета объясняют это тем, что, в отличие от других фотокаталитических методов расщепления воды для производства энергии, созданные ими батарейки производят в воде свободные радикалы, которые рекомбинируются или захватываются молекулами воды и могут за счет радиации (и использовании диоксида титана/платины) быть преобразованы в электричество. При этом процесс расщепления воды даже при комнатной температуре намного эффективнее, чем прежде.

В тех же ячейках солнечных батарей используется аналогичный механизм переноса энергии посредством электронно-дырочных пар. Однако здесь производится очень мало свободных радикалов, потому что энергия фотонов существует главным образом в видимой области спектра и, следовательно, на более низких уровнях энергии.

В свою очередь, бета-радиация, получаемая за счет стронциевого источника, благодаря своей способности ускорения химических реакций с вовлечением радикалов и более высоким энергетическим уровнем электронов, является более эффективным способом для производства надежного и долгоиграющего источника энергии. Настолько эффективным, что однажды ядерные батареи на водной основе смогут стать подходящей альтернативой солнечным батареям и рассматриваться в качестве надежного источника энергии с низким уровнем загрязнения.

Своими исследованиями команда ученых из Миссурийского университета поделилась на страницах одного из последних опубликованных номеров журнала Nature.