Исследовательская группа из южнокорейского Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) под руководством профессора Су-Иль Ина разработала новый тип ядерной батареи под названием перовскитовый бета-вольтаический элемент (ПБЭ), который может питать небольшие устройства в течение десятилетий без необходимости подзарядки. Команда использовала нестабильную форму углерода, углерод-14, — и соединила его с перовскитовыми материалами, чтобы создать гибридную батарею с улучшенным преобразованием энергии и долгосрочной стабильностью.
В качестве электродов в новой батарее используются наночастицы радиоактивного углерода-14 и квантовые точки (14CNP/CQD). Их встроили в устройство вместе с перовскитовой плёнкой, обработанной двумя добавками на основе хлора: хлоридом метиламмония (MACl) и хлоридом цезия (CsCl). Эти добавки помогли укрепить кристаллическую структуру перовскита, сделав его более стабильным и способным перемещать электрические заряды. По сравнению со старыми образцами, команда зафиксировала примерно 56000-кратное улучшение подвижности электронов и максимальную непрерывную работу в течение девяти часов во время тестирования.
Бета-вольтаические элементы работают за счёт превращения бета-частиц, испускаемых при радиоактивном распаде, в электричество. Поскольку бета-лучи не проникают через кожу человека и удерживаются такими материалами, как алюминий, технология считается биологически безопасной. Кроме того, углерод-14 — это побочный продукт работы ядерных реакторов, что делает его дешёвым, широко доступным и пригодным для повторного использования. Поскольку он распадается очень медленно, он может питать устройства сотни и даже тысячи лет.
Чтобы повысить эффективность преобразования энергии, команда использовала полупроводник из диоксида титана, который часто используется в солнечных батареях, и усилила его красителем на основе рутения. Связь между красителем и диоксидом титана стала прочнее благодаря обработке лимонной кислотой. Когда бета-лучи от радиоуглерода попадали на краситель, они запускали цепь лавинных электронных реакций. Затем эти электроны захватывались диоксидом титана и передавались по цепи для выработки электрического тока.
Кроме того, батарея была разработана с использованием радиоуглерода как в аноде, так и в катоде, что увеличило количество бета-излучения и уменьшило потерю энергии на расстоянии. Такой подход позволил повысить эффективность преобразования энергии с 0,48% в старых моделях до 2,86%.
«Это исследование — первая в мире демонстрация практической жизнеспособности бетавольтаических элементов», — говорит Ин. «Мы планируем ускорить коммерциализацию технологий источников питания следующего поколения для экстремальных условий и продолжить миниатюризацию и передачу технологий».
Источник: habr.com