Bateria nucleară care utilizează perovskit promite să ofere decenii de energie neîntreruptă, cu zero emisii și fără întreținere

Bateria nucleară cu perovskit atinge o mobilitate a electronilor de 56.000 de ori mai mare și oferă decenii de energie

Pe măsură ce miniaturizarea și precizia dispozitivelor electronice accelerează rapid, cererea pentru tehnologii inovatoare de alimentare cu energie care să minimizeze nevoia de încărcare frecventă este în creștere. Cu toate acestea, bateriile obișnuite, inclusiv cele pe bază de litiu și nichel, suferă de durată de viață scurtă și vulnerabilitate la căldură și umiditate, limitându-le fiabilitatea în medii extreme. Tehnologia celulelor betavoltaice, capabilă să furnizeze energie stabilă timp de ani sau chiar decenii, apare ca o alternativă puternică.

Cererile ridicate de energie în aplicații critice, cum ar fi operațiunile militare și explorarea spațiului, pot beneficia foarte mult de această descoperire.

Căutarea unor surse de energie stabile și eficiente a atins o etapă importantă odată cu dezvoltarea primei celule betavoltaice de generație următoare din lume. Această inovație promite să ofere decenii de energie de înaltă eficiență, fără a fi nevoie de reîncărcare.

O echipă de cercetare de la Institutul de Știință și Tehnologie Daegu Gyeongbuk (DGIST), Coreea de Sud, a obținut o creștere de 56.000 de ori a mobilității electronilor prin dezvoltarea unei noi celule betavoltaice care integrează un strat absorbant de perovskit cu un electrod de izotop radioactiv, relatează Interesting Engineering.

Aceasta reprezintă crearea primei celule betavoltaice de generație următoare din lume, care promite o generare stabilă și de înaltă eficiență a energiei timp de decenii, fără reîncărcare.

„Această cercetare marchează prima demonstrație mondială a viabilității practice a celulelor betavoltaice”, a declarat profesorul Su-Il In, care a condus echipa.

Conexiunea directă îmbunătățește performanța

Echipa de cercetare a conectat direct un electrod de izotop radioactiv la un strat absorbant de perovskit.

Prin încorporarea punctelor cuantice pe bază de carbon-14 în electrod și prin îmbunătățirea meticuloasă a cristalinității stratului absorbant de perovskit, au obținut cu succes atât o putere de ieșire stabilă, cât și o eficiență de conversie a energiei îmbunătățită semnificativ.

„Prin utilizarea unor aditivi dubli pe bază de clor cu peliculă de perovskit și izotopi radioactivi ai electrozilor cu nanoparticule de carbon/puncte cuantice (quantum dot) , am îmbunătățit stabilitatea fazei și eficiența conversiei de putere a dispozitivului betavoltaic”, au adăugat cercetătorii într-un nou studiu.

Această descoperire poate fi extrem de benefică pentru aplicații critice, cum ar fi operațiunile militare și explorările spațiale, unde cererea de energie rămâne mare.

„Intenționăm să accelerăm comercializarea tehnologiilor de alimentare cu energie de generație următoare pentru medii extreme și să urmărim miniaturizarea și transferul de tehnologie”, a adăugat profesorul.

Abordarea limitărilor bateriilor convenționale

Dezvoltarea răspunde unei nevoi tot mai mari de soluții energetice care să depășească limitările bateriilor actuale, cum ar fi cele pe bază de litiu și nichel, care suferă de durată de viață scurtă și vulnerabilitate în condiții extreme, cum ar fi căldura și umiditatea.

„În ultimii ani, dezvoltarea unor surse de energie durabile și eficiente pentru a satisface cerințele energetice în schimbare a devenit o chestiune de importanță”, au remarcat cercetătorii.

„Celulele betavoltaice au apărut ca o soluție promițătoare datorită capacității lor de a utiliza radioizotopi ca sursă de energie. Acestea se remarcă prin longevitatea lor remarcabilă și densitatea mare de energie, ceea ce le face ideale pentru alimentarea dispozitivelor în medii îndepărtate sau dure, unde înlocuirea sau întreținerea dispozitivului este impracticabilă.”

Cu toate acestea, dezvoltarea practică a acestei tehnologii a fost împiedicată de complexitatea manipulării materialelor radioactive și de asigurarea stabilității pe termen lung a componentelor celulei.

Echipa de cercetare a abordat aceste probleme prin integrarea izotopului carbon-14 cu stratul robust și eficient de perovskit.

„Acest studiu reprezintă prima integrare cu succes a perovskitului într-o celulă betavoltaică, fiind pionier în celulele betavoltaice cu perovskit (PBC)”, a subliniat studiul.

Câștiguri semnificative de performanță demonstrate

Celula betavoltaică rezultată nu numai că a demonstrat o creștere masivă a mobilității electronilor, dar a menținut și o putere de ieșire stabilă timp de până la nouă ore de funcționare continuă.

Această creștere dramatică a eficienței, evidențiată de creșterea de 56.000 de ori a mobilității electronilor și de puterea stabilă de ieșire pe perioade lungi de timp, semnifică un pas major înainte în depășirea limitărilor tradiționale ale tehnologiei betavoltaice.

„Aceste rezultate marchează un progres considerabil în domeniu și oferă o cale promițătoare către aplicarea practică a celulelor betavoltaice perovskite pentru generarea de energie în medii dure, unde puterea stabilă pe termen lung este critică”, a concluzionat studiul.

Prima celulă betavoltaică cu perovskit din lume dar sunt necesare optimizări  

Bateriile nucleare generează energie prin valorificarea particulelor de înaltă energie emise de materialele radioactive. Nu toate elementele radioactive emit radiații dăunătoare organismelor vii, iar unele radiații pot fi blocate de anumite materiale. De exemplu, particulele beta (cunoscute și sub numele de raze beta) pot fi protejate cu o folie subțire de aluminiu, ceea ce face ca betavoltaica să fie o alegere potențial sigură pentru bateriile nucleare.

Celulele betavoltaice generează electricitate prin captarea particulelor beta emise în timpul dezintegrării radioactive naturale. În teorie, acestea pot funcționa timp de decenii fără întreținere. Particulele beta prezintă, de asemenea, avantaje excelente în ceea ce privește siguranța biologică, deoarece nu pot penetra pielea umană. Cu toate acestea, progresul practic a fost limitat din cauza provocărilor legate de manipularea materialelor radioactive și asigurarea stabilității materialelor.

Totuși, acest design betavoltaic a convertit doar o mică parte din dezintegrarea radioactivă în energie electrică, ceea ce a dus la performanțe mai mici în comparație cu bateriile Li-ion convenționale. Acest lucru sugerează că eforturile suplimentare pentru optimizarea formei emițătorului de raze beta și dezvoltarea de materiale absorbante de raze beta mai eficiente ar putea îmbunătăți performanța bateriei și crește generarea de energie.