Ядерные батарейки

Мощность ядерной батарейки увеличена на порядок

Учёные из МФТИ, ТИСНУМ и МИСиС оптимизировали толщину слоёв «ядерной батарейки», использующей для генерации электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63.

В одном грамме созданной ими батарейки запасено около 3300 милливатт-часов, что является лучшим результатом среди «ядерных батареек» на основе никеля-63 и в десять раз превосходит плотность энергии, запасённой в обычных химических элементах. Статья опубликована в журнале Diamond and Related Materials.

Как работает батарейка

Обычные батарейки, которые используют для питания часов, карманных фонариков, игрушек и других сравнительно небольших автономных электрических приборов, получают электрическую энергию с помощью химических реакций.

В ходе этих реакций, которые называют окислительно-восстановительными, электроны «перетекают» через электролит с одного электрода на другой, и на электродах возникает разность потенциалов. Если соединить концы батарейки проводом, электроны придут в движение так, чтобы разность потенциалов исчезла — по проводу потечёт ток.

Химические батарейки, которые также называют гальваническими элементами, обладают высокой удельной мощностью, то есть отношением мощности создаваемого тока к объёму батарейки, но сравнительно быстро разряжаются, и это заметно ограничивает их автономную работу.

Конечно, при определённой конструкции химических элементов их можно перезаряжать (тогда их называют аккумуляторами). Однако даже в этом случае батарейку нужно вынимать из прибора, что может быть опасно или невозможно: например, если она обеспечивает питание кардиостимулятора или космического аппарата.

Немного истории

К счастью, электрическую энергию можно получать не только в химических реакциях.

Более ста лет назад, в 1913 году Генри Мозли (Henry Moseley) представил первый радиоизотопный источник электрической энергии, представлявший собой посеребрённую изнутри стеклянную сферу, в центре которой на изолированном электроде располагался радиевый источник.

Электроны бета-распада радия создавали разность потенциалов между серебряным слоем стеклянной сферы и центральным электродом. Такой источник обладает чрезвычайно высоким напряжением холостого хода — в десятки киловольт — и малым током, поэтому на практике его использование почти невозможно.

В 1953 году Пол Раппапорт (Paul Rappaport) предложил использовать полупроводниковую структуру для преобразования энергии бета-распада радиоактивных элементов.

Бета-частицы (электроны или позитроны) ионизируют атомы полупроводника и создают неравновесные носители зарядов, которые при наличии статического поля барьерной p-n структуры упорядоченно движутся, создавая электрический ток. Основанные на этом принципе элементы назвали бета-вольтаическими.

Главным преимуществом таких элементов перед гальваническими выступает их долговечность: период полураспада некоторых радиоактивных изотопов составляет десятки или сотни лет, следовательно, мощность элемента будет оставаться почти постоянной в течение всего этого периода.

К сожалению, удельная мощность бета-вольтаических генераторов сильно уступает химическим батареям. Тем не менее, радиоактивные генераторы всё-таки использовали в 70-х годах для питания кардиостимуляторов, однако впоследствии их вытеснили литий-ионные аккумуляторы, дешевизна изготовления которых перевесила долговечность бета-вольтаических элементов.

Заметим, что бета-вольтаические батарейки не следует путать с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (сокращённо РИТЭГ), которые тоже иногда называют ядерными батареями.

В этих устройствах энергия радиоактивных распадов используется для нагрева и создания потока тепла, который потом конвертируется в электрический ток с помощью термоэлектрических элементов. Эффективность РИТЭГов составляет всего несколько процентов и зависит от температуры.

Тем не менее, из-за своей долговечности и относительно простого устройства радиоизотопные генераторы широко используются для питания космических аппаратов — например, зонда New Horizons или марсохода Curiosity.

Ранее РИТЭГи также устанавливали на радиомаяках и метеостанциях, расположенных в труднодоступных областях, однако сейчас эту практику приостановили из-за трудностей утилизации и риска утечки радиоактивных веществ.

Мощность повысили на порядок

Группа учёных под руководством Владимира Бланка, директора ФГБНУ ТИСНУМ и заведующего кафедрой «Физика и химия наноструктур» МФТИ, придумала способ почти на порядок повысить удельную мощность «ядерной батарейки». В разработанном и изготовленном ими элементе бета-частицы испускались радиоактивным изотопом никеля-63 и попадали в алмазные преобразователи на основе барьера Шоттки.

Полная электрическая мощность батарейки составила около 1 мкВт, а удельная мощность достигла десяти микроватт на кубический сантиметр — этого достаточно, чтобы питать современный кардиостимулятор. Период полураспада никеля-63 составляет около ста лет. Таким образом, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-часов, что в десять раз больше, чем в химических батарейках.

Рисунок 1. Схема устройства «ядерной батарейки». Дизайнер — Елена Хавина, пресс-служба МФТИ.

Образец «ядерной батарейки» состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги никеля-63 и стабильного никеля (рисунок выше).

Мощность, генерируемая преобразователем, зависит от толщины никелевой фольги и самого преобразователя, который поглощает бета-частицы. Все известные на данный момент прототипы ядерных батарей плохо оптимизированы, так как имеют лишний объём.

Если толщина бета-источника слишком велика, электроны, рождающиеся внутри него, не смогут покинуть его. Этот эффект называется самопоглощением.

С другой стороны, сильно уменьшать толщину источника тоже невыгодно, поскольку вместе с ней уменьшается число бета-распадов в единицу времени. Аналогичные рассуждения применимы и к толщине преобразователя.

Фото. Ядерная батарейка, образец. Предоставлено ТИСНУМ.

Сначала расчёты

Перед учёными стояла цель: создать батарею на никеле-63 с максимальной удельной мощностью, то есть без лишнего объёма.

Для этого они численно смоделировали движение электронов в бета-источнике и прилегающих преобразователях и нашли их оптимальные толщины: оказалось, что эффективнее всего бета-источник на основе никеля-63 «работает» при толщине около двух микрометров, а алмазный преобразователь на основе барьера Шоттки — при толщине около 10 микрометров.

Рисунок 2. (а) зависимость потока энергии из никелевой фольги от её толщины; (b) эффективность поглощения алмазным преобразователем в зависимости от его толщины. Видно, что в случае (a) насыщение происходит при толщине около двух микрометров, а в случае (b) — при толщине около десяти микрометров.

Технология изготовления

Наиболее сложной задачей было изготовление большого количества алмазных преобразователей со сложной внутренней структурой толщиной всего в несколько десятков микрон (как полиэтиленовый пакет из супермаркета).

Традиционные механические и ионные методы уменьшения толщины алмаза не подходили для решения такой задачи.

Сотрудники ТИСНУМ и МФТИ разработали технологию синтеза и отщепления тонких алмазных пластин от многоразовых алмазных подложек для массового создания сверхтонких преобразователей.

В качестве исходного материала были использованы 20 толстых подложек из легированного бором алмаза, выращенного методом температурного градиента. При помощи ионной имплантации в подложках создавался дефектный слой толщиной около 100 нанометров на глубине около 700 нанометров.

Поверх этого слоя методом осаждения из газовой фазы синтезировался гомоэпитаксиальный (наследующий кристаллическую структуру подложки) слой слабо легированного бором алмаза толщиной 15 мкм. Затем методом высокотемпературного отжига дефектный слой подвергался графитизации, после чего удалялся методом электрохимического травления.

После удаления дефектного слоя заготовку преобразователя снимали с подложки и покрывали контактами: омическим и Шоттки.

В ходе всего описанного процесса подложка теряла менее 1 мкм толщины, после чего операции повторялись. Таким образом на 20 подложках были выращены 200 преобразователей. Разработанная технология чрезвычайно важна с экономической точки зрения: высококачественные алмазные подложки стоят очень дорого, поэтому не подходят для массового производства преобразователей методом уменьшения толщины.

Все преобразователи были объединены параллельно согласно схеме, показанной на рисунке 1. Технология изготовления фольги никеля-63 толщиной 2 микрона была разработана в НПО «Луч». Батарею залили эпоксидным компаундом для герметичности.

Батарея обладает характерной вольт-амперной характеристикой (рисунок ниже). Напряжение короткого замыкания составило около 1 вольта, а ток короткого замыкания — около 1 мкА.

Наибольшая электрическая мощность W ≈ 0,93 микроватт достигалась при напряжении V ≈ 0,93 вольт.

Такая мощность отвечает плотности энергии около 3300 милливатт-часов на грамм, что в десять раз превышает плотность энергии созданной ранее в ТИСНУМ «ядерной батарейки» на основе никеля-63 и во столько же раз превосходит обычные химические батарейки.

Рисунок 3. (a) зависимость силы тока и выходной мощности, выдаваемой батареей, от напряжения; (b) зависимость выходной мощности от сопротивления подключённой к батарее нагрузки.

В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63.

В июне 2017 года работающий образец ядерной батарейки мощностью 1 микроватт с полезным объёмом 1,5 кубических сантиметра был показан ТИСНУМ и НПО «Луч» на форуме «Атомэкспо-2017».

Основным фактором, ограничивающим изготовление ядерных батареек в России, является отсутствие промышленного производства и обогащения изотопа никеля-63. Такое производство планируется создать к середине 2020-х годов.

Альтернативный способ создания ядерной батарейки на основе алмаза — изготовление алмазных преобразователей из радиоактивного углерода-14, обладающего чрезвычайно большим периодом полураспада, — 5700 лет. О разработке таких генераторов сообщали физики из университета Бристоля.

Будущее ядерных батареек

Полученный результат открывает новые перспективы для медицинских применений. Современные кардиостимуляторы имеют размер более 10 кубических сантиметров и потребляют мощность около 10 микроватт.

Разработанная батарея может быть использована в качестве источника питания такого кардиостимулятора практически без серьёзных изменений его конструкции и объёма.

«Вечный» кардиостимулятор значительно повысит качество жизни пациентов, так как исчезнет потребность в его обслуживании и замене батарей.

Также в разработке компактных ядерных батарей заинтересована космическая промышленность.

В частности, в настоящее время существует потребность в автономных беспроводных внешних датчиках и микросхемах памяти со встроенной системой питания для космических аппаратов.

Алмаз является одним из наиболее радиационно стойких полупроводников, и за счёт большой ширины запрещённой зоны может функционировать в широком диапазоне температур, что делает его идеальным материалом для создания ядерных батарей космических аппаратов.

Учёные планируют продолжить свои исследования в области ядерных батарей и предлагают основные направления развития данной тематики. Во-первых, это повышение обогащения никеля-63 в батарее, что приведёт к линейному росту мощности.

Во-вторых — разработка алмазной p-i-n структуры с контролируемым профилем легирования, которая позволит увеличить напряжение, а значит, и полезную мощность батареи в 3 и более раза.

В-третьих — увеличение площади поверхности преобразователя, что позволит разместить больше атомов никеля-63 на одном преобразователе.

Владимир Бланк, директор ТИСНУМ и заведующий кафедрой «Физика и химия наноструктур» МФТИ, прокомментировал:

Источник: https://22century.ru/chemistry-physics-matter/64278

Атомные батарейки

Ядерную батарейку, способную работать автономно на протяжении 12 лет, разработал аспирант Дмитрий Прокопьев из политехнического университета в Томске.

По словам Дмитрия: «В герметичный корпус, заполненный тритием, помещают арсенид-галлиевый 3D-детектор, преобразующий энергию бета-частиц, испускаемых тритием, в электрический ток. В детекторе создано огромное количество колодцев.

Общая поверхность колодцев в сотни раз превосходит площадь детектора, и за счет этого ядерная батарейка может быть эффективной».

Мощность у такого элемента питания небольшая, поэтому использоваться он может пока лишь в электронных устройствах с небольшим энергопотреблением. Например, в кардиостимуляторах и другой медицинской технике.

Подобные ядерные батарейки уже существуют, однако работают они гораздо меньше.

За счет использования кремниевого детектора, теряющего свои свойства под действием радиации уже через три года, срок использования таких батареек ограничен.

Новые прототипы детекторов, которые взяты за основу ядерных батареек, уже прошли успешные испытания в Новосибирском институте Ядерной физики имени Будкера и в Сибирском физико- техническом институте Томского государственного университета.

Дмитрий Прокопьев получил медаль имени Альфреда Нобеля за три изобретения. Медалью Нобеля Российская академия естествознания (РАЕ) награждает ученых за вклад в развитие изобретательства. Были были отмечены три патента Прокопьева.

Кроме ядерной батарейки это различные конструкции детекторов для маммографии, которые используются для ранней диагностики рака молочной железы.

Для детекторов молодой ученый использовал полупроводник — арсенид галлия, который используется для создания сверхвысокочастотных приборов.

Дмитрий Прокопьев, который сейчас параллельно учится в Миланском политехническом университете, также работает над новыми видами ракетного топлива. Программа рассчитана на три года, часть ее он будет проходить в лаборатории в Томске.

В США, Канаде и Великобритании есть компании, которые уже выпускают аналогичные девайсы, как они их называют — Betavoltaics, например — http://www.citylabs.net/ Флорида, США. Учитывая фактический запрет на поставки нам высокотехнологичной продукции, проще иметь дело в канадцами, которые не так строго подходят к этому вопросу)

Батарея может выдерживать температуру от −50 ℃ до +150 ℃, нет обычных ограничений и по давлению — по высоте.
Один такой аккумулятор способен выдавать от 0.8 до 2.4В и от 50 до 300 наноАмпер в течении 20 лет.
Стоимость аккумулятора составляет 1122 $

Немного о терминах.
Понятие «ядерная энергия» имеет несколько значений: это может быть альфа-распад, бета-распад, гамма-распад, ядерное расщепление тяжелых элементов, термоядерный синтез легких элементов.

Во всех этих процессах выделяется ядерная энергия. Если альфа- и бета-распад, тогда установки, преобразующие ядерную энергию этих процессов, уже созданы.

Установки на гамма-распаде и термоядерном синтезе легких элементов мне не известны, скорее всего их пока нет.

Агрегаты, преобразующие ядерную энергию расщепления тяжелых элементов напрямую в электричество, также созданы и называются атомные батареи.Выполняется использование ядерной радиации для получения тепловой энергии, которая затем генерирует электричество (термоэлектрические и термоэмиссионные источники).

Но кпд их не велик, порядка 2.5-3%. Дело в том, что в атомных батареях в электричество преобразуется потенциальная энергия осколков деления, которая в общем энергобалансе составляет 5-7%.
Разработанная Лос-Аламосской Национальной Лабораторией (spin-off Hyperion Power Generation Inc.

), ядерная батарея (ядерный аккумулятор) — размером с холодильник, по сравнению с традиционным ядерным реактором.

Она производит 25 мегаватт электроэнергии,— что достаточно для питания в небольших городах с менее чем 20 000 домами, а также военных баз, операций по добыче испокаемых, опреснительных установок и даже коммерческих судов, в том числе и круизных лайнеров.

А вот кинетическую энергию (порядка 70-80% общего энергобаланса) на практике пока никто в электричество преобразовать не может.
Почему на практике? Потому что в теории эта проблема уже решена. О способе прямого электроионизационного преобразования ядерной энергии в электричество: суть способа такова.

Читайте также:  Что такое электродвижущая сила эдс

Когда ядро урана или плутония разваливается на осколки, эти осколки являются не нейтральными частицами, а многозарядными ионами. Величина их заряда составляет около +20 (двадцатикратно ионизированные).

Следовательно, при движении в газовой среде такой осколок будет производить ионизацию встречающихся на своем пути молекул и атомов газа. И львиная доля кинетической энергии осколка уйдет на ионизацию.

Если этот газ мы поместим в электрическое поле, тогда положительные ионы будут двигаться в одном направлении и оседать на одном электроде, а электроны и отрицательные ионы будут двигаться в противоположном направлении и оседать на другом электроде. Между электродами возникает разность потенциалов.

И при их соединении по цепи пойдет ток.
Расчеты показали, что при удельном энерговыделении 2 МВт/куб.метр (это характерно для газоохлаждаемых ядерных реакторов), давлении смеси UF6+He порядка 50 атм и входной температуре 400 градусов Цельсия кпд такого способа может достигать 40-50%.

Конечно, наложение внешнего электрического поля на частично ионизованный газ и движение отрицательных и положительных зарядов газа в разных направлениях сопровождается затратами энергии.
Но, как оказалось, эти затраты при правильно выбранных условиях не превышают 3-5% от общего энерговыделения.

Атомные батареи, ядерные батареи, тритиевые батареи и радиоизотопные — все они используют излучения радиоактивных изотопов для генерации электричества.

По сравнению с другими аккумуляторами они очень дорогие, но имеют чрезвычайно длительный срок службы и высокую плотность энергии, и поэтому они в основном используются в качестве источников питания для оборудования, которое должно работать без присмотра на длительное время.

Источник: https://Professionali.ru/Soobschestva/it-specialisty/atomnye-batarejki/

Российская атомная батарейка прослужит 50 лет

Сегодня атомную батарейку уже можно купить в интернете. Во всяком случае такие предложения есть. За эту экзотику, произведенную, к примеру, в США, нужно выложить 1000 долларов. Китайская обойдется дешевле. Зачем нужны столь супердорогие “игрушки”?

Главное достоинство – долговечность. Срок службы может быть и 20, и 50, и 100, и даже тысяча лет. Все зависит от периода полураспада радиоактивного изотопа – источника энергии. Отсюда и возможные области применения.

Конечно, медицина, прежде всего кардиостимуляторы. Химические батарейки разряжаются, их приходится периодически менять. С “вечным” источником энергии такой проблемы вообще нет. Еще сфера применения – космос.

С атомной батарейкой можно отправляться в дальние миссии, не думая о том, чем питать электронику.

Но все это пока действительно экзотика. И причина не только цена. Характеристики атомных батареек далеки от требуемых. Речь прежде всего о низкой удельной мощности и низком КПД, что предельно ограничивает сферу применения. Как изменить ситуацию? Над этим бьются в ведущих лабораториях мира.

И здесь работа группы российских ученых из МФТИ, ФГБНУ “Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов” и МИСиС может стать прорывом. Ими создана батарейка, у которой удельная мощность и КПД в 10 раз выше, чем у всех созданных на сегодня аналогов.

За счет чего это удалось?

В Петербурге придумали новый способ захоронения радиоактивных отходов

– Источником энергии у нас служит изотоп никель-63 с периодом полураспада около 100 лет, – говорит руководитель разработки доктор физико-математических наук Владимир Бланк. – Этот изотоп испускает бета-частицы, которые создают электрический ток в полупроводнике из алмаза. Ноу-хау нашей разработки именно в этом материале. Его уникальные свойства позволили на порядок улучшить параметры атомной батарейки.

Бланк подчеркивает, что хотя, с одной стороны, алмаз имеет ряд привлекательных качеств, но никто из конкурентов с ним не работает.

Достаточно сказать, что в созданном нашими учеными устройстве толщина полупроводников из алмаза должна быть как у обычного полиэтиленового пакета – несколько десятков микрон.

Как “настрогать” такие тонкие пластины из самого твердого минерала во Вселенной? Российским ученым удалось решить проблему, создать оригинальную технологию обработки алмаза.

– Наша ядерная батарейка это своего рода слоеный пирог, между 200 алмазными полупроводниками установлены 200, изготовленных из никеля-63, источников энергии, – говорит Бланк. – Высота батарейки 3-4 миллиметра, вес 250 миллиграмм. Это в разы меньше, чем у всех современных аналогов.

Такие габариты – еще один плюс российской разработки. Расчеты показывают, что все известные на данный момент прототипы ядерных батарей имеют лишний объем. Вообще поиск оптимальных размеров – очень непростая задача.

Если толщина изотопа слишком велика, рождающиеся в нем электроны не смогут его покинуть. С другой стороны, сильно уменьшать толщину тоже невыгодно, поскольку уменьшается число бета-распадов в единицу времени.

Аналогичная ситуация и с толщиной полупроводника.

– Чтобы найти максимум параметров, мы построили модель движения электронов в изотопе и полупроводниках, – говорит Бланк. – Оказалось, что эффективнее всего батарейка работает при толщине изотопа около двух микрон, а алмазного полупроводника 10 микрон.

По словам Бланка, достигнутая рекордная удельная мощность – это не предел. Ученые знают, как ее повысить еще минимум в три раза. Понятно, что чем она выше, тем больше сфер применения атомной батарейки. И ниже цена, ведь она уменьшается при масштабном серийном выпуске.

Впрочем, по мнению Бланка, даже сейчас при разумной организации производства цена такой батарейки сравнима с ценой химических источников питания, которые применяются в кардиостимуляторах.

Атомные батарейки безопасны для человека, так как излучение полностью поглощается внутри корпуса.

Инфографика “РГ”: Антон Переплетчиков / Юрий Медведев

Источник: https://rg.ru/2018/05/22/rossijskaia-atomnaia-batarejka-prosluzhit-50-let.html

Ядерная батарейка

Исследователи из университета Миссури (University of Missouri, MU) сообщили о создании опытного образца батареи, которая вырабатывает электрическую энергию за счет использования процесса расщепления воды и энергии распада одного из радиоактивных изотопов.

Но не это самое главное, главным является то, что в этой батарее использован достаточно новый принцип получения электрической энергии и абсолютно новая технология реализации этого принципа, что делает новую батарею высокоэффективной и более долгоживущей, нежели даже батареи, в которых используются немного другие подобные технологии. И все это позволяет рассматривать новые батареи в качестве сверхнадежных источников питания для транспортных средств, летательных аппаратов, космической техники и в других областях, где требования к надежности, безопасности, долговечности и эффективности выдвигаются на первое место.

«Технологии создания элементов питания, вырабатывающих энергию от энергии радиоактивного излучения в ходе процесса, называемого радиолизом, пристально рассматривались учеными с 1950-х годов» — рассказывает Джэ В. Квон (Jae W.

Kwon), профессор из университета Миннесоты, — «Такие ядерные технологии, которыми достаточно просто управлять, практически не представляют большой опасности для окружающих.

И для некоторых будет откровением, что такие технологии достаточно широко используются в окружающем нас мире, достаточно вспомнить лишь про датчики дыма противопожарных систем, которые устанавливаются даже в жилых помещениях. В этом нет ничего страшного, пока соблюдаются все требования по эксплуатации и технике безопасности работы с подобными устройствами».

Главным источником энергии в новой ядерной батарейке является радиоактивный изотоп стронций-90, бета-излучение которого увеличивает электрохимический потенциал электролита на основе воды.

Все «таинство» работы батареи происходит на поверхности наноструктурированного электрода из диоксида титана, который работает в качестве катализатора процесса расщепления воды.

Этот катализатор способствует процессу расщеплению воды при помощи энергии радиоактивного излучения, результатом которого является образование различных кислородосодержащих соединений.

В результате достаточно сложных электрохимических процессов, проходящая через слои платины и диоксида титана высокоэнергетическая бета-радиация вызывает образование электронно-дырочных пар в пределах объема диоксида титана. Это создает поток свободных электронов, усиливающийся за счет поверхностных плазмонов, образующихся на поверхности платины, который служит источником электрического тока.

«Вода, действующая в качестве своеобразного буфера и поверхностные плазмоны, возникающие в недрах устройства, оказывают немалое усиливающее действие в отношении эффективности всей батареи» — рассказывает Квон, — «Кроме этого, насыщенный ионами водный раствор не замерзает даже при очень низких температурах, что позволит использовать такие батареи в качестве источников питания различных электронных устройств и при соблюдении должных мер защиты — транспортных средств и космической техники».

источники

Напомню вам еще несколько темы про атом: вот например реально существующие Атомные часы, Прочитайте  еще про Атомный самолет и что было у США ?, а так же про Атомные реакторы на торговых судах или например про Передвижные АЭС (ПАЭС) из СССР. А ведь были же еще и Атомные сады Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия – http://infoglaz.ru/?p=53597

Источник: https://masterok.livejournal.com/2060014.html

Создана уникальная ядерная батарейка

Российские физики разработали батарейку, которая может преобразовывать в электричество энергию бета-распада – излучения электронов радиоактивным элементом.

Коллектив исследователей из Московского института стали и сплавов под руководством заведующего кафедрой материаловедения полупроводников и диэлектриков профессора Юрия Пархоменко представил прототипы радиоизотопных батареек, созданных по технологии преобразования энергии бета-излучения в электрическую энергию на основе монокристаллов пьезоэлектриков. В качестве источника использован радиоактивный изотоп «никель-63». Его период полураспада около 100 лет, что позволяет создавать элементы питания со сроками службы до 50 лет.

Представленный МИСиС прототип ядерной батарейки

Руководитель работы профессор Юрий Николаевич Пархоменко

Такие батарейки часто называют также «ядерными», поскольку в них используется процесс бета-распада, при котором один из нейтронов ядра превращается в протон с испусканием электрона.

Хотя бета-распад – один из видов радиоактивного излучения, людям нечего бояться. Бета-излучение в данном случае обладает малой проникающей способностью и легко задерживается оболочкой.

А используемый изотоп «никель-63» не имеет сопутствующего гамма-излучения. Так что сами батарейки не излучают и совершенно безопасны.

Чтобы компенсировать малую мощность природного бета-распада, физики используют импульсный режим с накоплением заряда . В этом случае удается обеспечить непрерывную мощность электрического тока 10-100 нановатт с каждого кубического сантиметра устройства. Такой мощности достаточно для питания, например, кардиостимулятора.

Благодаря длительному сроку службы батарейки найдут применение в тех случаях, когда их замена нежелательна или просто невозможна: в медицине, ядерной энергетике, авиакосмической технике, нано- и микроэлектронике, в системах безопасности и контроля.

Выбор в качестве источника энергии несуществующего в природе изотопа «никель-63» неслучаен. В нашей стране разработана также уникальная технология его выработки в специальных ядерных реакторах и обогащения до необходимых «не ниже 80%». Производство батареек запланировано на Горно-химическом комбинате в Красноярском крае.  

Уникальные характеристики разработанного устройства, его компактность и безопасность позволяют надеяться на его конкурентоспособность на рынке аналогичных источников питания Единственный недостаток батарейки – высокая стоимость. Из-за дороговизны производства никеля-63 на начальном этапе она  может составлять несколько миллионов рублей. Однако по мере отработки технологии и налаживании массового производства цена неминуемо сильно упадет.

По материалам пресс-релиза НИТУ МИсиС

Источник: https://www.nkj.ru/news/28355/

Физики придумали «вечную» батарейку на основе алмаза

University of Bristol

Физики из Университета Бристоля предложили концепцию «вечной» батареи на основе алмаза из радиоактивного изотопа — углерода-14.

Период полураспада элемента составляет 5700 лет — это означает, что батарея потеряет половину своей мощности лишь через тысячи лет.

Устройство также помогает частично утилизировать ядерные отходы — источником углерода-14 являются замедлители, графитовые стержни из ядерных реакторов. Концепция батареи была представлена на ежегодных лекциях в институте Кабот, о чем сообщает пресс-релиз университета.

Традиционные радиоактивные батареи, или РИТЭГи (радиоизотопные термоэлектрические генераторы), работают благодаря теплу, выделяемому в ходе распада радиоактивных элементов. Оно создает разницу температур в разных точках батареи, которую с помощью термоэлектрического эффекта преобразуют в электричество.

Несмотря на небольшую эффективность таких установок — КПД составляет около четырех-пяти процентов — они способны функционировать на протяжении долгого времени.

Так, благодаря РИТЭГу на основе плутония-238 «Вояджер-2» до сих пор способен передавать на Землю радиосигналы, хотя аппарат находится в полете уже почти 40 лет и его расстояние от Солнца превышает 111 астрономических единиц.

Традиционно в устройствах используются плутоний-238, стронций-90, а также изотопы кюрия, полония и другие радиоактивные частицы. Их основными источниками являются ядерные реакторы — эти изотопы являются частью радиоактивных отходов. 

Существует и другой тип электрогенераторов, работающих на энергии радиоактивных распадов — бета-вольтаические генераторы. Они не требуют промежуточного превращения ионизирующего излучения в тепло.

Вместо этого в устройствах возникают пары электрон-дырка при взаимодействии с электронами, выброшенными ядрами при бета-распаде. Эти пары напрямую и конвертируются в электрический ток. Как правило, для бета-вольтаических элементов используется тритий.

Читайте также:  Хранение и утилизация люминесцентных ламп

Авторы новой идеи предложили использовать вместо него другие компоненты отходов, традиционно подлежащие утилизации, — графитовые стержни. 

При работе ядерного реактора графитовые стержни опускают в активную зону для того, чтобы замедлить скорость ядерной реакции. Они способны эффективно поглощать нейтроны, выбрасываемые ядрами урана в ходе деления. После выдержки в реакторе стержни оказываются насыщены изотопом углерода-14, распадающимся путем бета-распада: испуская электрон и превращаясь в азот-14. 

Ученые обратили внимание на то, что как правило углерод-14 концентрируется на внешних областях стержней. Это позволяет эффективно собирать обогащенный материал простым обжигом стержней.

Углерод можно затем использовать для роста алмазов методами осаждения из газовой фазы. Выбор алмазов связан с тем, что они способны эффективно преобразовывать ионизирующее излучение в заряд.

Благодаря этому их даже предлагают использовать в качестве высокопроизводительных детекторов радиации. 

Для того чтобы обезопасить бета-вольтаический элемент, физики предлагают покрыть алмаз, обогащенный углеродом-14, обычным, нерадиоактивным алмазом. Это позволит сдержать большую часть излучения. Период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет — хотя изотоп не обладает высокой активностью, элемент на его основе сможет проработать тысячи лет.

Ранее аналогичные системы были предложены на основе в тысячу раз более активного изотопа: никеля-63. Его период полураспада равен 100 годам.

Удельная мощность элемента, разработанного в марте этого года в МИСиС, составляла порядка 10-100 нановатт на кубический сантиметр.

О своих планах по созданию электрогенератора на основе углерода-14 заявляли физики из Самарского университета, отмечая, что мощности элемента может хватить для питания маломощных датчиков. Вместо алмаза ученые предлагали использовать карбид кремния. 

Помимо возможных применений в электрогенерации, радиоактивный распад углерода-14 активно используется для датирования различных объектов биологического происхождения.

Изотоп генерируется с примерно одинаковой скоростью в верхних слоях атмосферы Земли — при захвате азотом «космических» нейтронов. Пока организмы живут, они накапливают в себе этот изотоп, однако после смерти последний прекращает поступать в ткани.

Распад постепенно уменьшает его содержание по сравнению с стабильным углеродом-12, что и является маркером возраста объекта. 

Владимир Королёв

Источник: https://nplus1.ru/news/2016/11/28/carbon-14-battery

Ядерная батарейка, портативный ядерный реактор

Портативные ядерные источники электроэнергии становятся реальностью.

На создание ядерной батарейки или ядерного «чемоданчика» учёных подтолкнул тот факт,что для будущих полётов в космос и на другие планеты нужен компактный и при этом мощный источник энергии, который бы мог работать независимо от внешних факторов продолжительное время. И решение было найдено. Как мы знаем при распаде ядер выделяется очень много тепловой энергии.

Сейчас эта энергия заключена в реакторах АЭС, где нагревает тонны воды, которые вращают огромные генераторы.

Такие системы основаные на ядерной энергии имет очень большие размеры и их в космос не возьмёшь.

Перед учёными встала задача сделать портативный и безопасный аналог, но в тысачи раз меньший, чтобы он смог питать небольшую базу и при этом иметь минимальные размеры, и это у них получается.

По словам учёных миниатюрные ядерные реакторы могут заменить солнечные батареи, которые сейчас являются основными источниками энергии на борту космических кораблей и стать основным источником питания для исследовательских станций и новых баз на поверхности Луны, Марса и других планет.Как сообщает РИА Новости, об этом заявили ученые из Национальной лаборатории Айдахо (INL) на конференции Американского химического сообщества в Денвере.

Уже в этом году ученые планируют собрать первые образци «ядерной батарейки», Сами размеры нового источника питания будут таковы, что мало кто подумает, что наш источник питания на самом деле является ядерным реактором.

Он выглядит как чемоданчик размером всего 30 на 15 сантиметров. Небольшие габариты, масса,надежность и безопасность этого устройства сделают его незаменимым источником энергии.

Такие ядерные «батарейки» при малом весе и маленьких размерах идеальны для питания космических караблей, а так-же они будут питать исследовательские станции.

Этот источник питания, как и обычные ядерные реакторы, использует энергию распада атомных ядер для выработки электроэнергии. «Хотя физические принципы абсолютно такие же, система контроля мощности и устройство нейтронного отражателя в нашем устройстве уникальны», — пояснил Вернер.

Как отмечает ученый, ядерный «чемодан» может заменить солнечные батареи в качестве космических источников энергии. Основное различие между солнечными панелями и ядерными реакторами состоит в том, что последние вырабатывают электричество в любых условиях.

Распад атомных ядер не требует солнечного света, стабильно работает ночью или при резких перепадах температур, какие встречаются на Луне или Марсе.

 Ядерный «чемодан» на Луне будет вырабатывать около 40 киловатт электроэнергии — этого хватит для восьми домов на Земле — сказал Вернер. Ученый полагает, что их ядерный реактор может стать одним из самых дешевых и универсальных источников питания, способных обеспечить энергией наземные базы и космические корабли на несколько лет.

Так-же можно ожидать что такие портативные ядерные источники энегрии после налаживания процесса массового производства и удешевления станут основными источниками питаниия для наземной военной и гражданской техники.

Но это отдалённая перспектива.

Все-же основная цель человечества это освоение космоса и поиск новых источников сырья, освоение новых планет, заселение космоса, чтобы в будущем править галактиками и паразитировать в целых галактиках.

Источник: http://otchelniki.ru/iadernaia_bat.html

Ученые разработали высокоэффективные компактные ядерные батарейки

Исследователи из Миссурийского университета заявляют, что создали прототип компактной ядерной батарейки на водной основе, чья эффективность и продолжительность работы намного выше по сравнению с обычными батарейками.

Ученые считают, что в недалеком будущем подобный тип батарей будет использоваться в самых разных сферах, включая производство автомобилей и даже космических кораблей, а также в тех направлениях, где эффективность, надежность и продолжительность работы подобных энергетических носителей будет иметь наивысшее значение.

Используя радиоактивный изотоп стронция-90 для повышения эффективности электрохимического производства энергии в растворе на водной основе, исследователи применили в качестве катализатора для разложения воды электрод на основе наноструктурного диоксида титана. Катализатор и радиация здесь используется для расщепления воды на кислородные соединения.

В результате, когда бета-излучение проходит сквозь наноструктурный диоксид титана (или платины), внутри диоксида титана образуются электронно-дырочные пары, которые создают поток электронов и в конце концов электрический ток.

Справедливости ради, следует отметить, что это не первая успешная попытка создания компактных ядерных батареек (в 2012 году, например, компания City Labs создала нанотритиумовые батареи), однако это первый успешный пример, который показывает эффективность и преимущества использования радиолиза (расщепления воды радиацией) для производства электрического тока при более низких температурах. Кроме того, ученые из Миссурийского университета заявляют, что их метод расщепления воды для производства энергии является более эффективным по сравнению с аналогичными методами, предложенными другими исследовательскими командами.

Ученые Миссурийского университета объясняют это тем, что, в отличие от других фотокаталитических методов расщепления воды для производства энергии, созданные ими батарейки производят в воде свободные радикалы, которые рекомбинируются или захватываются молекулами воды и могут за счет радиации (и использовании диоксида титана/платины) быть преобразованы в электричество. При этом процесс расщепления воды даже при комнатной температуре намного эффективнее, чем прежде.

В тех же ячейках солнечных батарей используется аналогичный механизм переноса энергии посредством электронно-дырочных пар. Однако здесь производится очень мало свободных радикалов, потому что энергия фотонов существует главным образом в видимой области спектра и, следовательно, на более низких уровнях энергии.

В свою очередь, бета-радиация, получаемая за счет стронциевого источника, благодаря своей способности ускорения химических реакций с вовлечением радикалов и более высоким энергетическим уровнем электронов, является более эффективным способом для производства надежного и долгоиграющего источника энергии. Настолько эффективным, что однажды ядерные батареи на водной основе смогут стать подходящей альтернативой солнечным батареям и рассматриваться в качестве надежного источника энергии с низким уровнем загрязнения.

Своими исследованиями команда ученых из Миссурийского университета поделилась на страницах одного из последних опубликованных номеров журнала Nature.

Источник: https://Hi-News.ru/technology/uchenye-razrabotali-vysokoeffektivnye-kompaktnye-yadernye-batarejki.html

В россии создали мощные и долговечные ядерные батарейки

Физики из Московского физико-технического института (МФТИ), Технологического института сверхтвёрдых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ) и Национального исследовательского технологического университета “МИСиС” разработали новый источник питания. Электроэнергия в нём производится за счёт бета-распада никеля-63.

Плотность запасённой энергии составляет 3300 милливатт-часов на грамм, что является лучшим результатом среди подобных устройств и в десять раз превосходит показатели традиционных батареек.

Кроме того, важным преимуществом такого источника энергии является его срок службы (десятки лет).

Это позволит использовать его там, где подзарядка неуместна или невозможна, например, для питания кардиостимуляторов и космических аппаратов.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Diamond and Related Materials группой во главе с Владимиром Бланком, директором ТИСНУМ и заведующим кафедрой “Физика и химия наноструктур” МФТИ.

Традиционные батарейки или, говоря по-научному, гальванические элементы используют энергию химических реакций. Они дёшевы и компактны, но имеют серьёзный недостаток: быстро “садятся”. Наверное, каждый владелец смартфона, ноутбука или другого мобильного устройства попадал из-за этого в неудобные ситуации.

Впрочем, это ещё цветочки по сравнению с проблемами людей, пользующихся кардиостимуляторами. Режим “подзарядись или умри” вряд ли кому-то покажется комфортным.

Наконец, человечество отправляет зонды в глубины космоса, а на просторах Вселенной розетки точно не отыщешь. Вблизи Земли эта проблема решается использованием солнечных батарей, но с межпланетными аппаратами всё обстоит гораздо сложнее.

Поэтому, например, марсоход “Кьюриосити” имеет источник питания, в котором тепло ядерного распада преобразуется в электричество (так называемый РИТЭГ). Однако такие устройства громоздки, и в кардиостимулятор их впихнуть не получится.

Между тем ещё в 1953 году был изобретён так называемый бета-вольтический элемент.

Электроны, образующиеся при бета-распаде радиоактивного изотопа, поступают в полупроводник с особой структурой, превращают его атомы в ионы, и в цепи возникает электрический ток.

В 1970-е годы эту технологию довели до промышленного применения и стали использовать в кардиостимуляторах, но они выходили чрезмерно дорогими и к тому же маломощными.

Группа Бланка поставила себе задачу разработать эффективные и дешёвые бета-вольтические элементы. В созданных физиками устройствах электроны выделялись радиоактивным никелем-63 и попадали в алмазные преобразователи, основанные на эффекте, известном как барьер Шоттки.

Полная электрическая мощность батарейки составила около одного микроватта, а удельная мощность достигла десяти микроватт на кубический сантиметр. Этого достаточно, чтобы питать современный кардиостимулятор. Период полураспада никеля-63 составляет около ста лет.

Таким образом, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-часов, что в десять раз больше, чем в химических батарейках.

Образец “ядерной батарейки” состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Отдельной проблемой было рассчитать оптимальную толщину слоёв радиоактивного металла.

Если она слишком велика, электроны будут поглощаться, не достигнув преобразователя. А если она мала, то и частиц будет выделяться слишком мало.

Все предыдущие модели бета-вольтических элементов были плохо оптимизированы по этому параметру.

Расчёты показали, что для максимальной эффективности толщина одного слоя никеля-63 должна составлять около двух микрометров, а алмазного преобразователя – около 10 микрометров.

Самой сложной задачей было изготовление большого количества алмазных преобразователей со сложной внутренней структурой толщиной всего в несколько десятков микрометров (как полиэтиленовый пакет из супермаркета). Традиционные методы уменьшения толщины алмаза для этого не годились.

Учёные МФТИ и ТИСНУМ разработали специальную технологию с применением ионной имплантации, осаждения из газовой фазы, высокотемпературного отжига, электрохимического травления и других методов с интересными названиями. Важно, что созданная специалистами методика позволяет получить алмазный слой нужной толщины и структуры сравнительно дёшево.

Правда, разработку не удастся сразу же внедрить, потому что в России нет промышленного производства никеля-63. Но к середине 2020-х годов планируется создать такую отрасль промышленности. А пока у авторов есть время для дальнейшего совершенствования своего детища.

Напомним, что “Вести.Наука” (nauka.vesti.ru) ранее писали об “алмазных” батарейках на основе углерода-14. А полистав соответствующие разделы нашего сайта, можно узнать ещё много интересного о новейших методах производства и хранения энергии.

Читайте также:  Жидкие диэлектрики

Источник: http://allpravda.info/v-rossii-sozdali-moschnye-i-dolgovechnye-yadernye-batareyki-61624.html

Какой аккумулятор лучше? Ядерная батарея или ядерный аккумулятор | DEIF

Какой аккумулятор лучше? Ядерная батарея или ядерные аккумуляторы— отвечают американские специалисты. Ядерные аккумуляторы (ядерные батареи) вскоре могут быть установлены в мобильник, в кардиостимулятор, на автомобиль, космический аппарат.

Мы в статье рассмотрим эти типы батарей, а также характеристики всех остальных применяемых аккумуляторов во второй части материала.

Казалось бы, аккумуляторы все лучше, но даже на смену им спешат и вот вот придут топливные элементы с очень большими сроками службы. Что касется автомобиля, то, возможно, получение биотоплива из метанола даст аккумулятор с пробегом до 800 км на электромобиле.

Но ученые, которые изобрели ядерную батарею (ядерный аккумулятор), говорят, что скоро их установят на полярных станциях, в поселках в глухой тайге и даже заменят ими … АЭС. Да, да, он может примирить враждующие правительства и движения «зеленых» одним махом.

Ядерный аккумулятор (ядерная батарея) добывает электричество, используя распад радиоактивных элементов, но без цепной реакции, притом весьма и весьма безопасно.

Ядерный аккумулятор

Прежде чем разобраться в этом непривычном и странном на первый взгляд явлении, полезно почитать Википедию.

Атомные батареи, ядерные батареи, тритиевые батареи и радиоизотопные генераторы используются для описания устройств, которые используют излучения из радиоактивных изотопов для генерации электричества.

По сравнению с другими аккумуляторами они очень дорогие, но имеют чрезвычайно длительный срок службы и высокую плотность энергии, и поэтому они в основном используются в качестве источников питания для оборудования, которое должно работать без присмотра на длительное время.

Методы преобразования энергии могут быть подразделены на два типа: тепловые и не тепловые. Тепловые преобразователи (чья мощность есть функция разности температур) включают термоэлектрические и термоэмиссионный генераторы.

В одном из типов, прототип генератора для ядерной батареи состоит из конденсатора, который заряжается с помощью потока заряженных частиц от радиоактивного слоя в одном из электродов. Пространство между электродами может быть либо из вакуума или диэлектрика.

При этом могут быть использованы отрицательно заряженные бета-частицы или положительно заряженные альфа –частицы или осколки деления с выработкой очень высокого напряжения.

Этот электрический генератор восходит к 1913 году, в ней система генератор/трансформатор вначале используется для уменьшения напряжения, затем выпрямители используются для преобразования переменного тока обратно в постоянный ток.

Betavoltaics — генераторы электрического тока в форме батареи, которые используют энергию от радиоактивного источника, излучающего бета-частицы (электроны). Общий источник такого прототипа ядерного генератора, использует изотопы водорода, трития.

В отличие от большинства ядерных источников энергии, где выполняется использование ядерной радиации для получения тепловой энергии, которая затем генерирует электричество (термоэлектрические и термоэмиссионные источники), betavoltaics использует не-термический процесса преобразования, с помощью полупроводникового p-n перехода.

Betavoltaics особенно хорошо подходит для маломощных электрических вариантов генерации электричества, где необходима длительная работа источника энергии, как например, имплантируемых медицинских устройств или устройств военного и космического назначения (Википедия).

Разработанная Лос-Аламосской Национальной Лабораторией (spin-off Hyperion Power Generation Inc.), ядерная батарея (ядерный аккумулятор) — размером с холодильник, по сравнению с 50 метровым-высоким традиционным ядерным реактором.

Она производит 25 мегаватт электроэнергии,— что достаточно для питания в небольших городах с менее чем 20 000 домами, а также военных баз, операций по добыче ископаемых, опреснительных установок и даже коммерческих судов, в том числе и круизных лайнеров.

Таким образом в ряде отраслей и сфер применения в коммерческих и бытовых целях, несомненно, ядерный аккумулятор является лучшим решением.

Правда, некоторые экологические группы, опасаются, что ядерные батареи будут лишь способствовать распространению ядерного оружия, увеличению ядерных отходов и быть уязвимыми для терроризма.

В то же время потенциал роста малых ядерных бомб заключается в сокращении не только парниковых газов, но и расходов на производство энергии. Малые реакторы, как те, что построенные кампанией Hyperion продаются в готовом виде, под ключ, которые, вероятно, сохранят уменьшение расходов на строительство объектов энергетики.

По оценкам Hyperion, строительство такого реактора обойдется всего лишь в $100 млн. и потребует 25 работников, по сравнению с $4 млрд. до $6 млрд. в капитал, необходимый для построения традиционных атомных реакторов и около 300 людей, необходимых для обслуживания одного из них.

Ядерные реакторы (ядерные батареи) малой мощности являются альтернативой традиционным источникам энергии особенно в развивающихся странах, потому что они позволяют строить микросети.

Многие бедные страны не имеют надежных электрических сетей, необходимых для распределения мощных выходов энергии из крупной атомной электростанции.

Согласно заключенной сделке 130 единиц ядерных аккумуляторов рассчитывают продать в ближайшем будущем, а также сто за пределами США—, как в Кению, Камбоджу и Саудовскую Аравию.

Эта компания год назад пока еще не получила разрешения на строительство реакторов, но есть уверенность, что сочетание политической поддержки и экономических выгод позволит осуществить первые проекты в течение ближайших нескольких лет.

Всего же в США в ближайшие годы собираются построить и продать около 4000 разнообразных ядерных аккумуляторов (ядерных реакторов).

Ведь ядерная энергетика выросла на 750% по отношению к 1970-х году и на 140% к 1980 годах, но после громких аварий на Three Mile Island в штате Пенсильвания в 1979 году и Чернобыле в 1986 году, она увеличилась лишь на 8% в 1990-х годах.

По-прежнему, государственные должностные лица, корпоративные лица и многие зеленые активисты признают, что атомная энергия может играть важную роль в борьбе с глобальным потеплением. Сегодня атомные электростанции, работающие в более чем 30 странах производят 15% электроэнергии в мире.

Если бы эта энергия пришла от сжигания ископаемых видов топлива, результатом этого было бы более чем 2 млрд. тонн выбросов углекислого газа ежегодно, или около 20% всех выбросов от энергетики.

В свою очередь Jae Kwon, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники, который работает на строительстве малой атомной батареи, признает, что люди ошибаются, когда они слышат термин «ядерная батарейка» и думают о чем-то опасном.

Хотя ядерные батареи генерируют электричество из атомной энергии, как ядерные реакторы, они не используют цепную реакцию.

Аккумулятор, разработанный Jae Kwon и его исследовательской группой в настоящее время размером и толщиной с копейку, и предназначен для питания различных микро-и наноэлектромеханических систем (M/NEMS).

«Важным моментом в использовании радиоактивных батарей является то, что, когда вы извлекаете энергию, часть энергии излучения может привести к повреждению структуры решетки твердого тела полупроводников,» –сказал он. «При использовании жидких полупроводников, мы считаем, что мы можем минимизировать эту проблему».

Jae Kwon сотрудничает с профессором химии и заместителем директора Исследовательского Центра Реакторов и они рассчитывают в будущем увеличить ассортимент и мощности батарей питания, уменьшить их размер и попробовать различные другие материалы для их изготовления. Кстати Jae Kwon заявил, что батарея может быть тоньше, чем толщина человеческого волоса.

Дополнено. Прошло два года года после публикации. Насчет создания портативных ядерных батарей привлекает широко разлекламированная новость. В университете Миссури создана пальчиковая ядерная батарейка, которая внешне ничем не отличается от обычной, кроме наличия на нем знака радиации.

В основном изобретение состоит из платины с покрытием электрода диоксидом титана, воды и кусочка радиоактивного стронция-90. Стронций-90 (Sr-90) радиоактивно распадается с периодом полураспада 28,79 лет, производя электроны (бета-излучение), анти-нейтрино, и изотопы иттрия-90.

Y-90 сам по себе имеет период полураспада всего 64 часов, распадается на большое количество электронов, анти-нейтрино и циркония (который стабилен). Лучшей характеристикой стронция в качестве топлива называют то, что он не создает почти гамма-излучение, а это довольно безопасно и легко в обращении.

Ядерные маленькие батарейки на других радиоактивных элементах хорошо защищены свинцом, однако существует опасность механического повреждения батареи, поэтому стронций наиболее подходящее и лучшее топливо в этом плане.

И еще одна новость (2015 год). Те же американцы столкнулись с огромной проблемой подзарядки аккумуляторов в полевых условиях для телефонов, включая мобильные, а также средств связи в Афганистане.

Зарядка осуществлялась за счет громоздких дизельных электростанций, а если и это невозможно, то носили с собой множество секций батарей.

И вот Пентагон принял решение, что в 21 веке главным источником электропритания средств связи станут атомные (ядерные) батареи. единственная и главная здесь проблема- утилизация.

Все типы лучших и обычных аккумуляторов

Почти все, о чем здесь написано в отношении аккумуляторов – это ближайшая перспектива. А нас интересует, какие аккумуляторы, прежде всего, лучшие для мобильных телефонов.

Обо всех типах применяемых в настоящее время аккумуляторов (2014-2015 годы) можно получить из дальнейших материалов этой статье. Там же видно, какие аккумуляторы лучше, и в чем.

Современные анонсы производителей новых аккумуляторов, заявляют об очень высоких плотностях энергии, и о возможностях выполнения 1000 циклов зарядки / разрядки цикла при их толщине с лист бумаги. Являются ли это реальным? Возможно, — но не в одной и той же батарее.

В то время как один тип аккумуляторов может быть предназначен для их малого размера и длительной работы, другой может быть создан для долгой жизни, но его размер будет большой и громоздкий.

Третий тип аккумулятора может обеспечить все желаемые атрибуты, но цена будет слишком высокой для коммерческого использования.

В индустрии мобильных телефонов упор делается на малый размер, высокую плотность энергии и низкую цену.

Эксперты пишут, что надпись на аккумуляторной батарее NiMH не гарантирует автоматически высокую плотность энергии. Эти призматические никель – металло — гидридные батареи для мобильных телефонов включают в себя тонкую геометрию корпуса. Такой пакет обеспечивает плотность энергии примерно 60 Вт-ч / кг и число циклов зарядки /разрядки равное 300.

Для сравнения, цилиндрические NiMH аккумуляторы предлагают плотности энергии 80 Вт-ч / кг и выше. Тем не менее, число циклов этого аккумулятора является умеренным до низкого. Высокая прочность никель — металлогидридных аккумуляторов, которые выдерживают 1000 циклов разряда, однако включает в себя скромную плотность энергии 70 Вт-ч / кг и громоздкость.

Хороший компромисс, пишут эксперты, это аккумуляторы на основе лития. Литий-ионные аккумуляторы производят для для оборонной промышленности, которые превышают плотность энергии в коммерческого эквиваленте. К сожалению, эти супер-высокой емкости литий-ионные аккумуляторы считаются не безопасными и высокая цена ставит их вне досягаемости на коммерческом рынке.

Преимущества и недостатки коммерческих аккумуляторов (батарей) тщательно рассматривают не только с точки зрения плотности энергии, но также долговечности, нагрузочных характеристик, требований к техническому обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов.

Никель-кадмиевые (NiCd) –обладают относительно низкой плотностью энергии. NiCd батареи используется там, где важны долгая жизнь, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области их применения: радиостанции, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит ядовитые металлы и экологически не дружелюбны.

Отмеченные выше, никель-металл-гидридные (NiMH) — имеет более высокую плотность энергии по сравнению с никель-кадмиевыми батареями за счет их сниженного жизненного цикла. Батареи на основе NiMH не содержит токсичных металлов. Их используют в мобильных телефонах и портативных компьютерах.

Свинцово-кислотные аккумуляторы — самый экономичные для устройств, где нужны мощные токи разряда, и их вес волнует мало. Свинцово-кислотные аккумуляторы являются предпочтительными для питания медицинского оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем бесперебойного питания.

Какой сегмент аккумуляторов самый быстрорастущий? Это литий-ионные (Li-Ion) -аакумуляторы. Они используются там, где нужна высокая плотность энергии и чрезвычайно малый вес батареи. Однако устройства чрезвычайно хрупкие и для обеспечения их безопасности нужна система защиты. Разумеется,что сферой применения литий- ионных аккумуляторов являются ноутбуки сотовые (мобильные) телефоны.

Подвидом этого класса источников питания являются литий – ионные полимерные аккумуляторы.

(Li-ионный полимерные) с их тонкой геометрией и упрощенным исполнением корпуса. Основные области применения включают установку их в мобильные телефоны.
Некоторые сравнительные характеристики аккумуляторов приведены в таблице выше.

Источник: https://deepcool-ma.com/kakoj-akkumulyator-luchshe-yadernaya-batareya/.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector