Нове досягнення китайців

Учені з Північно-Західного педагогічного університету в Ланьчжоу спільно з колегами з китайської компанії Gansu Zhulong Technology створили радіоізотопну батарею нового покоління, в якій використовують ізотоп вуглецю-14 та перетворювач на основі карбіду кремнію.

Така батарея використовує енергію розпаду радіоактивного ізотопу, що перебуває всередині неї, для вироблення електроенергії. Оскільки період напіврозпаду радіоактивних ізотопів може становити кілька десятиліть, а то й століть, радіоізотопна батарея може залишатися активною набагато довше, ніж її хімічні аналоги. Такі батареї чудово надаються для використання в космічних апаратах і віддалених датчиках моніторингу навколишнього середовища. Також їх можна використовувати в деяких медичних імплантатах.

Нова батарея є значним вдосконаленням порівняно зі своєю попередницею з точки зору ємності. 2024 року китайські вчені створили радіоізотопну батарею на основі вуглецю-14 і назвали її Candle Dragon I. Батарея нового покоління під назвою «Цяньцзіюань Тяньшу» відрізняється тим, що частка використаного радіоактивного матеріалу обмежена 22 %, при цьому потужність збільшено в 2,6 разу без шкоди для напруги чи стабільності. «Попередні версії мали низьку потужність, погану інтеграцію та високу вартість, тому команда зосередилася на тому, щоб зробити пристрій компактним, потужним, доступним за ціною та повністю китайською», — розповів Су Маоген, керівник проєкту університету.

Загалом учені виділили п’ять основних удосконалень батареї «Цяньцзіюань Тяньшу» порівняно з Candle Dragon I: краще адіоактивне джерело та тривимірна багатошарова конструкція, що економить місце та покращує інтеграцію. Також нова версія отримала мікросистему управління живленням і вбудовані датчики, які забезпечують автономну роботу.

Підвищення ефективності батареї досягнули завдяки використанню перетворювача з карбіду кремнію, виготовленого в Китаї. Вона має розмір трохи більше 16,8 куб. см. Використовуючи 129 мілікюрі вуглецю-14, здатна видавати струм 0,713 мікроампера, напругу 2,06 В і максимальну потужність 1,13 мікровату.

Зазвичай у радіоізотопних батареях використовують термоелектричні матеріали для перетворення тепла розпаду на енергію. Системи, що застосовують у таких батареях, за своєю природою громіздкі й потребують високих температур для роботи. Однак «Цяньцзіюань Тяньшу» скеровує електрони або бета-частинки, що утворюються під час розпаду, на напівпровідник із карбіду кремнію, де вони безпосередньо використовуються для генерації струму.

Дослідники заявили, що ця батарея багато в чому схожа на сонячну панель: замість світла працює на випромінюванні. Науковцям удалося зменшити об’єм батареї лише на 17 %, але вони змогли збільшити об’ємну щільність потужності приблизно в 15 разів. Крім того, оскільки період напіврозпаду вуглецю становить 5 730 років, термін служби ядерної батареї фактично обчислюється тисячами літ.