211service.com
25-letnia bateria
Baterie, które zbierają energię z rozpadu jądrowego izotopów, mogą wytwarzać bardzo niski poziom prądu i działać przez dziesięciolecia bez konieczności wymiany. Nowa wersja baterii, zwana betawoltaiką, jest opracowywana przez firmę z siedzibą w Ithaca w stanie Nowy Jork i testowana przez Lockheed Martin . Baterie mogą potencjalnie zasilać obwody elektryczne, które chronią samoloty wojskowe i pociski wojskowe przed manipulacją, niszcząc informacje przechowywane w systemach lub wysyłając sygnał ostrzegawczy do ośrodka wojskowego. Oczekuje się, że baterie wystarczą na 25 lat. Firma o nazwie Widetronix , współpracuje również z producentami urządzeń medycznych w celu opracowania baterii, które mogą wystarczyć na dziesięciolecia do wszczepialnych urządzeń medycznych.
Energia atomowa: Opakowanie wewnątrz prototypowej baterii betawoltaicznej zawiera warstwy węglika krzemu i folię metalową osadzone w trycie z radioaktywnym izotopem. Kiedy wysokoenergetyczne elektrony emitowane przez rozpad trytu uderzają w węglik krzemu, wytwarzają prąd elektryczny, który opuszcza ogniwo przez metalowe szpilki. Takie baterie są zaprojektowane na 25 lat.
Baterie Widetronix są zasilane przez rozpad izotopu wodoru zwanego trytem na elektrony o wysokiej energii. Podczas gdy ogniwa słoneczne wykorzystują półprzewodniki, takie jak krzem, do przechwytywania energii z fotonów w świetle słonecznym, ogniwa betawoltaiczne wykorzystują półprzewodnik do przechwytywania energii w elektronach wytwarzanych podczas rozpadu jądrowego izotopów. Ten rodzaj rozpadu jądrowego nazywa się rozpadem beta, od wytwarzanych przez niego elektronów o wysokiej energii, zwanych cząstkami beta. Czas życia urządzeń betawoltaicznych zależy od okresu półtrwania, od kilku do 100 lat, radioizotopów, które je zasilają. Aby wyprodukować baterię, która wytrzyma 25 lat z trytu, którego okres półtrwania wynosi 12,3 lat, Widetronix ładuje pakiet dwukrotnie większą ilością trytu, niż jest to początkowo wymagane. Urządzenia te wytrzymują znacznie trudniejsze warunki niż baterie chemiczne. To i ich długa żywotność sprawia, że betawoltaika jest atrakcyjna jako źródło zasilania dla implantów medycznych i dla zdalnych wojskowych czujników w ekstremalnie gorących i zimnych środowiskach.
Koncepcja betawoltaiki ma około 50 lat. Pierwsze rozruszniki serca wykorzystywały betawoltaiki oparte na pierwiastku promieniotwórczym promet, ale te betawoltaiki zostały wycofane, gdy opracowano tańsze baterie litowo-jonowe. Technologia powraca, mówi Peter Cabauy , prezes innej firmy betawoltaicznej z siedzibą w Miami Miejskie laboratoria , ponieważ materiały półprzewodnikowe zostały tak bardzo ulepszone. Wczesne materiały półprzewodnikowe nie były wystarczająco wydajne w przekształcaniu elektronów z rozpadu beta w użyteczny prąd, więc musiały używać wyższej energii, droższych i potencjalnie niebezpiecznych izotopów. Bardziej wydajne materiały półprzewodnikowe można łączyć ze stosunkowo łagodnymi izotopami, takimi jak tryt, które wytwarzają słabe promieniowanie.
Baterie Widetronix składają się z metalowej folii impregnowanej izotopami trytu i cienkiego chipa półprzewodnikowego węglika krzemu, który może przekształcić 30 procent cząstek beta, które go uderzyły, w prąd elektryczny. Węglik krzemu jest bardzo wytrzymały, a kiedy go rozrzedzamy, staje się elastyczny, mówi CEO Widetronix Jonathan Greene . Kiedy układamy wióry i folie w paczkę o wymiarach centymetra kwadratowego i wysokości dwóch dziesiątych centymetra, otrzymujemy produkt o mocy jednego mikrowata. Prototyp testowany przez Lockheed Martin wytwarza 25 nanowatów mocy.
Betawoltaika nie jest zbyt potężna. Nie mają wystarczającej mocy, aby sterować laptopem lub telefonem komórkowym. Ale ich gęstość energii jest wysoka: przechowują dużo energii w foliach o grubości zaledwie mikrometrów i można je wytwarzać w bardzo małych opakowaniach. Skupiamy się na miejscach, w których potrzebujesz bardzo długiego życia i gęstości energii, mówi Greene.
Jednym z takich miejsc jest monitoring sprzętu wojskowego. Wszystko, co wydaje Departament Obrony, musi mieć zabezpieczenie antysabotażowe, tak aby w przypadku, gdy ktoś dostanie w swoje ręce głowicę namierzającą pocisku lub całego samolotu, bardzo trudno będzie go odtworzyć – mówi Christian Adams, chemik z firmy. Pociski Lockheed Martin i kontrola ognia . Jak mówi Adams, układy pamięci, które kontrolują takie systemy antysabotażowe, wymagają bardzo małej mocy ciągłej przez długi czas. Specyfikacje wojskowe wymagają również, aby te urządzenia wytrzymywały ekstremalne warunki, których normalne baterie nie tolerują: muszą działać w temperaturach od -65 do 150 ˚C i wytrzymywać drgania o wysokiej częstotliwości, wysoką wilgotność i uderzenia soli. Jeśli bateria zamarznie lub zgaśnie, obwód pamięci utraci swoją konfigurację, a urządzenie ulegnie awarii, mówi Adams.
Widetronix jest pierwszym, który wyszedł z bramy z czymś, co można przetestować zgodnie ze specyfikacjami wojskowymi, mówi Adams. Lockheed otrzymał prototypy firmy w zeszłym tygodniu. Jeśli betawoltaika przejdzie test, Lockheed prawdopodobnie będzie miał je w produktach antysabotażowych za około rok, mówi. Lockheed współpracuje również z firmą nad opracowaniem betawoltaiki o większej mocy do zdalnego monitorowania pocisków. Wysłanie sygnału radiowego, aby powiedzieć, że jestem zdrowy, wymaga mikrowatów mocy, mówi Adams. Widetronix testuje również swoje akumulatory z firmą zajmującą się sprzętem medycznym Welch Allyn. Oczekuje sprzedaży baterii za 500 USD.
Cabauy z City Lab mówi, że chociaż perspektywa baterii jądrowych, zwłaszcza do implantów medycznych, może unieść brwi, tryt jest bezpieczny. Oprócz cząstki beta, innymi produktami rozpadu trytu są antyneutrino i izotop helu, który nie jest radioaktywny. Kawałek papieru może zatrzymać promieniowanie trytu, mówi Cabauy.
Przyszłą obietnicą betawoltaiki mogą być bardzo tanie czujniki wbudowane w budynki i mosty, w których nigdy nie będziesz chciał wymieniać baterii, mówi Amit Lal , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Cornell University. Wymagałoby to jednak od firm takich jak Widetronix przejścia na materiały o dłuższym okresie półtrwania, takie jak izotopy niklu, które wystarczają na 100 lat. Chociaż okres półtrwania trytu wynosi tylko 12,3 lat, jedną z jego głównych zalet, poza bezpieczeństwem, jest to, że można go tanio zabezpieczyć w kanadyjskich reaktorach jądrowych, które produkują ciężką wodę jako produkt uboczny. Izotopy o dłuższym okresie półtrwania, takie jak nikiel 63, muszą być kupowane za granicą po wysokich cenach. Od zakończenia zimnej wojny nie ma wsparcia rządowego dla infrastruktury radioizotopowej w Stanach Zjednoczonych, mówi Lal. Produkcja baterii, które działają wiecznie, jest prawdopodobnie dobrym powodem do zbudowania takiej infrastruktury.