Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» продолжает внимательно наблюдать за развитием инновационных технологий в сфере электроэнергетики. В настоящее время зарубежными исследователями ведется разработка небольших и доступных ядерных батарей, которые могут прослужить десятилетия или дольше без зарядки и стать альтернативой литий-ионным батареям. В качестве основного элемента таких батарей рассматривается радиоуглерод.
Институтом науки и технологий Тэгу Кёнбук (Южная Корея) создан прототип бетавольтаической батареи с углеродом-14: нестабильной и радиоактивной формой углерода, называемой радиоуглеродом. Выбор в пользу этого элемента был сделан по причине того, что радиоактивный изотоп углерода генерирует только бета-лучи. Бета частицы имеют относительно небольшую проникающую способность, что делает их безопасными для использования в ограниченных условиях. Кроме того, радиоуглерод, являясь побочным продуктом атомных электростанций, недорог, легко доступен и легко перерабатывается, а поскольку радиоуглерод разлагается очень медленно, батарея, работающая на радиоуглероде, теоретически может прослужить тысячелетия.
В типичной бетавольтаической батарее электроны ударяются о полупроводник, что приводит к образованию электричества. Полупроводники являются важнейшим компонентом бетавольтаических батарей, поскольку они в первую очередь отвечают за преобразование энергии. Следовательно, ученые изучают передовые полупроводниковые материалы для достижения более высокой эффективности преобразования энергии — меры того, насколько эффективно батарея может преобразовывать электроны в полезную электроэнергию.
Чтобы значительно повысить эффективность преобразования энергии в своей новой конструкции, корейские ученые использовали полупроводник на основе диоксида титана — материал, обычно используемый в солнечных батареях, сенсибилизированный красителем на основе рутения. Они усилили связь между диоксидом титана и красителем с помощью обработки лимонной кислотой. Когда бета-лучи радиоуглерода сталкиваются с красителем на основе рутения, происходит каскад реакций переноса электронов, называемый электронной лавиной. Затем лавина проходит через краситель, и диоксид титана эффективно собирает образовавшиеся электроны.
Новая батарея также имеет радиоуглерод в сенсибилизированных аноде и катоде. Обрабатывая оба электрода радиоактивным изотопом, исследователи увеличили количество генерируемых бета-лучей и уменьшили потери энергии бета-излучения, связанные с расстоянием, между двумя структурами. По сравнению с предыдущей конструкцией с радиоуглеродом только на катоде, батарея исследователей с радиоуглеродом на катоде и аноде получила гораздо более высокую эффективность преобразования энергии (увеличилась с 0,48% до 2,86%).
Исследователи предполагают, что дальнейшие усилия по оптимизации формы излучателя бета-лучей и разработка более эффективных поглотителей бета-лучей могут повысить производительность батареи и увеличить выработку энергии. В целом, эта технология, вероятно, будет совершенствоваться по мере дальнейшего изучения полупроводников и редких металлов.
Подготовлено с использованием материалов DGIST, Science Daily, Innovation News Network
Подписывайтесь на Telegram-канал журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»
Подписаться
