Частая зарядка, необходимая для литий-ионных аккумуляторов, не просто неудобство. Она ограничивает потенциал мобильных технологий, к примеру, беспилотников или оборудования для дистанционного зондирования. К тому же, добыча лития требует больших затрат энергии, а неправильная утилизация литий-ионных аккумуляторов может загрязнять окружающую среду. При этом, с ростом количества подключенных устройств, дата-центров и других вычислительных технологий спрос на долговечные аккумуляторы продолжает расти.

Скорее всего, даже лучшие литий-ионные аккумуляторы не смогут удовлетворить этот спрос, пишет EurekAlert. Производительность литий-ионных аккумуляторов почти достигла предела. В качестве альтернативы литию команда ученых из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (Южная Корея) разрабатывают атомные батарейки.

Атомные батарейки вырабатывают электричество, используя высокоэнергетические частицы, которые испускают радиоактивные вещества. Обычно для этого используются вещества, выделяющие мягкое бета-излучение, которое можно экранировать тонким листом алюминия.

Корейские ученые создали прототип бета-вольтаической батареи с углеродом-14, нестабильной и радиоактивной формой углерода. Радиоуглерод хорош тем, что излучает только бета-лучи, к тому же, как побочный продукт АЭС он недорог, легкодоступен и легко перерабатывается. Период полураспада радиоуглерода — около 5700 лет.

Помимо излучателя, важнейшим компонентом бета-вольтаической батареи является полупроводник, отвечающий за выработку электроэнергии. Чтобы повысить эффективность преобразования энергии, Ин и его команда использовали полупроводник на основе диоксида титана, сенсибилизированного красителем на основе рутения. И усилили связь между диоксидом титана и красителем, обработав их лимонной кислотой. Когда бета-излучение радиоуглерода сталкивается с красителем, происходит каскадная реакция переноса электронов, так называемая электронная лавина. Она повышает эффективность работы полупроводника.

Присутствует радиоуглерод и в электродах. Обработав анод и катод радиоактивным изотопом, исследователи увеличили количество генерируемых бета-лучей и сократили потери энергии бета-излучения. По сравнению с предыдущей конструкцией батарейки с радиоуглеродом только на катоде, новая разработка имеет гораздо более высокую эффективность преобразования энергии: от 0,48% до 2,86%.

Китайские исследователи разработали похожую ядерную батарею на основе углерода-14, заключенного в карбид кремния. Прототип Candle Dragon One демонстрирует КПД более 8% и плотность энергии в 10 раз выше, чем у литий-ионных аналогов.