Пока мир пытается расширить границы энергетической автономии, одна китайская компания утверждает, что преодолела беспрецедентный рубеж: в 2024 году она представила миниатюрную ядерную батарею (размером с монету), способную питать энергией напряжением 3 вольта в течение полувека без подзарядки и обслуживания. Недавно началось массовое производство. Этот прогресс, способный перетасовать карты во многих отраслях, представляет собой гигантский шаг вперед в поисках устойчивых энергетических решений.
В то время как литий-ионные батареи, повсеместно используемые в наших смартфонах, со временем деградируют и требуют все более частой подзарядки, ядерные батареи являются гораздо более привлекательной альтернативой. Первые устройства такого типа появились в США в 1950-х годах. С тех пор исследования были сосредоточены на различных радиоактивных источниках, в частности на углероде-14, чтобы создать компактные, доступные и способные работать без подзарядки в течение нескольких десятилетий батареи.
Эти батареи преобразуют энергию радиоактивного распада в электричество, что делает их особенно подходящими для приложений, требующих постоянного и длительного питания, таких как имплантируемые медицинские устройства, космические миссии и датчики для труднодоступных сред.
Сегодня Китай становится ведущим игроком в разработке этих ядерных батарей, что может оказать влияние на некоторые промышленные отрасли и привести к появлению новых, таких как кибернетика и освоение космоса.
В начале 2024 года китайская компания Betavolt представила BV100 - первую ядерную батарею, в которой используются алмазные полупроводники четвертого поколения. Она обещает автономную работу в течение пятидесяти лет без подзарядки и обслуживания.
В отличие от других прототипов, которые ограничивались лабораториями, эта батарея уже сейчас (с 2024 года) выпускается серийно и нацелена на широкий спектр применений, от аэрокосмической отрасли до медицинских приборов. В основе ее работы лежит сердечник из никеля-63 толщиной в два микрона, вставленный между двумя слоями алмазных полупроводников толщиной в десять микрон каждый. Такая конфигурация позволяет эффективно преобразовывать радиоактивный распад в электрический ток.
«Основные батареи являются модульными и могут состоять из десятков или даже сотен независимых модулей, которые могут использоваться последовательно или параллельно, что позволяет производить батареи различных размеров и емкости», — заявила компания на презентации BV100.
Betavolt подчеркивает преимущества бета-вольтаической технологии, которая использует β-частицы от радиоактивного распада, в отличие от термоэлектрических генераторов, которые часто бывают массивными. По словам Чжана Вэя, председателя совета директоров и генерального директора Betavolt, такой подход позволит создать компактное и безопасное решение. Он также отмечает, что его компания в настоящее время является «единственным в мире производителем крупномасштабных полупроводниковых материалов на основе алмаза».
Обладая мощностью 100 микроватт при напряжении 3 вольта, BV100 отличается своей прочностью: она может выдерживать экстремальные температуры (от -60°C до +120°C), а ее плотность энергии более чем в десять раз превышает плотность энергии литиевых батарей, при этом она не подвержена риску возгорания или взрыва.
Хотя мощности этого аккумулятора пока недостаточно для питания смартфона или ноутбука, к концу года Betavolt планирует выпустить более мощную версию на один ватт, предназначенную, в частности, для потребительской электроники и автономных дронов.
С помощью BV100 компания Betavolt намерена утвердиться в качестве мирового лидера в области маркетинга ядерных батарей. Это признание уже выразилось в получении третьего приза в конкурсе инноваций 2023 года, организованном Китайской национальной ядерной корпорацией. В настоящее время компания участвует в международной кампании по регистрации патентов. Усиление международной конкуренции Успехи Betavolt не остаются незамеченными. В США компания City Labs при поддержке Национальных институтов здравоохранения (NIH) разрабатывает бета-вольтаические батареи на основе трития для использования в медицинском секторе. Группа специалистов из Университета штата Огайо недавно разработала миниатюрную батарею, способную превращать ядерные отходы в источник энергии.
В Южной Корее исследователи из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук также представили прототип, основанный на аналогичной технологии. Тем временем Северо-Западный университет финансов и экономики в Китае исследует устройства, использующие углерод-14.