Forskere skal udvikle langtidsholdbart batteri med uortodokse metoder

Forskere fra National Research Nuclear University MEPhI (Rusland) udvikler radioisotop beta-voltaiske batterier med nikkel-63 nano-cluster radioisotopfilm. Konceptet er at udvikle sikre atombatterier med en levetid på 100 år til pacemakere, miniature glukose sensorer, systemer til overvågning af arterielt blodtryk, og til styring af fjernobjekter og mikrorobotter, og selvstændige systemer, der kan fungere i lang tid. Forskningsresultater er publiceret i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .

Forskere er mere interesserede end nogensinde i projekter til udvikling af nanoteknologi til at miniaturisere teknologiske enheder, primært nano-elektroniske systemer. De seneste resultater med at skabe mikro-elektromekaniske og nano-elektromekaniske systemer, der kombinerer nanoelektronik og mekaniske elementer, kan gøre det muligt at udvikle mikroskopiske fysiske, biologiske eller kemiske sensorer. Imidlertid, manglen på miniature batterier til at drive mikro-elektromekaniske og nano-elektromekaniske systemer hæmmer den storstilede introduktion af sådanne enheder.

I dag, forskere studerer muligheden for at skabe miniature lithium-ion-batterier, solpaneler, brændselsceller og forskellige typer kondensatorer. Imidlertid, disse batterier er stadig for store til at udvikle virkelig mikroskopiske systemer og systemer i nanostørrelse.

En anden tilgang til at drive avancerede mikro-elektromekaniske og nano-elektromekaniske systemer er brugen af ​​radioisotopbatterier. radioisotop eller atom- eller atombatterier omdanner energien fra radioaktivt henfald af metastabile grundstoffer (atomkerner) til elektricitet. Disse elementer har høje energitæthedsniveauer for deres masse og volumen. Varigheden af ​​vedvarende energiudledning varierer, afhængig af valget af nuklider. Lydløse radioisotopbatterier kan fungere uden fejl eller vedligeholdelse i lang tid.

Nikkel-63's unikke egenskaber

Termoelektrisk omdannelse ses som en af ​​de mest bekvemme metoder til at omdanne energien fra radioaktivt henfald til elektricitet. Men forskere studerer også beta-voltaiske batterier og deres praktiske anvendelser. Ved at installere en radioisotop, der udsender blød beta-stråling i et miniaturebatteri, det er muligt at afskærme brugere og nærliggende genstande mod stråling. Derfor, sådanne batterier ville have vidtgående anvendelser.

MEPhI-forskere undersøgte de elektrofysiske egenskaber af nano-cluster nikkelfilm og udvalgte optimale parametre for et eksperiment, der havde til formål at skabe et system til effektivt at omdanne energien fra nikkel-63 isotopens beta-henfald til elektricitet. Nikkel-63-isotopen er blandt de mest lovende radionuklider i beta-voltaiske processer. Denne bløde beta-strålingsudsender har en lang halveringstid på 100,1 år. Følgelig, dette unikke element er ideelt egnet til at drive forskellige systemer, der ikke kræver høj effekt.

Elastik, robust, relativt inert og letbearbejdeligt nikkel er et effektivt metal med hensyn til dets egenskaber. Det skal ikke opbevares og transporteres i containere. Forskere forsøger at øge effektiviteten af ​​nuværende systemer, der omdanner energien fra nikkel-63-elementets beta-henfald til elektricitet og at finde alternative fysiske systemer. Denne tilgang er meget lovende.

MEPhI-forskere bruger nye tilgange

Forskere har udviklet et usædvanligt fysisk system til at generere sekundære elektroner inde i nanostrukturerede nikkelfilm og til betydeligt at forbedre strømsignalet forårsaget af en kaskade af talrige ikke-elastiske kollisioner af beta-partikler, sagde Pyotr Borisyuk, en adjunkt ved MEPhI's fakultet for fysisk-tekniske metrologiproblemer.

"Det er relativt nemt at lave et eksperimentelt system, der består af en række tætpakkede nikkelnano-klynger med gradientfordelingen af ​​nanopartikler på overfladen af ​​siliciumoxid, et bredbåndsdielektrikum, afhængig af deres størrelse, " bemærkede han.

Forskerne rapporterer, at dannelsen af ​​nikkel-63 nano-klyngefilm med gradientfordelingen af ​​nanopartikler kombinerer to vigtige processer. Først, det bliver muligt at udvikle belægninger med en fast potentialforskel bestemt af forskellige nanopartikelstørrelser i en forudindstillet retning. Sekund, det vil konvertere energien fra nikkel-63 isotopens beta-henfald til en elektrisk strøm uden at bruge yderligere vanskelige at producere halvledersystemer.

De unikke egenskaber ved nye gradient nano-cluster nikkelfilm. radioisotopstrømkilder med termoelektrisk konvertering har næsten ubegrænsede anvendelser. Små atombatterier kunne bruges til mikro-elektromekaniske og nano-elektromekaniske systemer, pacemakere, miniature glukosesensorer og systemer til overvågning af arterielt blodtryk, og til styring af fjernobjekter og mikrorobotter, samt selvstændige systemer, der kan fungere i lang tid i det dybe rum, beneath the sea and in the extreme north.