Diamantové baterie vyrobené z jaderného odpadu vydrží až 1000 let

Jaderné diamantové baterie byly poprvé vyvinuty v roce 2016 a slibovaly nový, nákladově efektivní způsob recyklace jaderného odpadu. Za jejich vývojem stojí tým fyziků a chemiků z Cabotova institutu pro životní prostředí na Bristolské univerzitě, píše server The Brighter Side.

Jaderná energie produkuje obrovské množství nebezpečného radioaktivního odpadu, který se stále hromadí. Odborníci navrhli různá řešení tohoto problému a vzhledem k nedostatku bezpečných úložišť pro ukládání jaderného odpadu je ústředním bodem těchto myšlenek opětovné využití materiálů.

Co jsou to radioaktivní diamantové baterie?

Vynález byl prezentován jako beta-voltaické zařízení, což znamená, že je poháněn beta rozpadem jaderného odpadu. Beta rozpad je typ radioaktivního rozpadu, ke kterému dochází, když jádro atomu obsahuje přebytek částic a některé z nich se uvolní, čímž vznikne stabilnější poměr protonů a neutronů. Vzniká tak typ ionizujícího záření beta, které zahrnuje řadu rychlých a vysoce energetických elektronů nebo pozitronů, známých jako částice beta. A tyto částice beta obsahují jadernou energii, kterou lze pomocí polovodičů přeměnit na energii elektrickou.

Hustota výkonu radioaktivního zdroje je však tím nižší, čím dále je od polovodiče. A protože částice beta jsou emitovány náhodně do všech směrů, jen malý počet z nich dopadne na polovodič a jen malý počet z nich se přemění na elektřinu. To znamená, že jaderné baterie jsou mnohem méně účinné než jiné typy baterií. Zde přichází ke slovu polykrystalický diamant (PCD). Radioaktivní diamantové baterie se vyrábějí procesem zvaným chemická depozice z par, který se hojně využívá k výrobě umělých diamantů.

Vědci tento proces upravili pomocí radioaktivního metanu obsahujícího radioaktivní izotop uhlíku-14, který se nachází na ozářených grafitových blocích reaktoru. Diamant je jedním z nejtvrdších materiálů a může fungovat jako radioaktivní zdroj i polovodič. Když ji vystavíte beta záření, získáte baterii s dlouhou životností, kterou není třeba dobíjet. Jaderný odpad v ní umožňuje, aby se sama dobíjela po celou věčnost.

Bristolský tým však upozorňuje, že jejich radioaktivní diamantové baterie by nebyly vhodné pro notebooky nebo chytré telefony, protože obsahují pouze 1 g uhlíku 14, což znamená, že poskytují velmi nízký výkon (pouze několik mikrowattů, což je méně než typické baterie AA). Proto se zatím omezují na použití v malých zařízeních, která musí být ponechána bez dozoru po dlouhou dobu, jako jsou senzory a kardiostimulátory.

Radioaktivní baterie Nano Diamond

Proto je třeba tuto technologii dále rozvíjet. Sanfranciský startup NDB Inc. vytvořil vysoce výkonnou nanodiamantovou baterii. Představila ji v roce 2016 a oznámila dva zkušební testy v roce 2020. Je jednou ze společností, které se snaží komercializovat radioaktivní diamantové baterie. Nanodiamantové baterie společnosti NDB jsou na webových stránkách společnosti popsány jako alfa, beta a neutronové voltaické baterie a mají několik nových vlastností. Patří mezi ně trvanlivost.

Společnost předpokládá, že baterie by mohly vydržet až 28 000 let, takže by mohly spolehlivě napájet vesmírná vozidla na dlouhodobých misích, vesmírné stanice a družice. Drony, elektromobily a letadla na Zemi by se nikdy nemusely zastavit, aby se dobily. Druhou vlastností je bezpečnost. Diamant je nejen jednou z nejtvrdších látek, ale je také jedním z nejteplejších materiálů na světě, což pomáhá chránit před teplem, které produkují radioizotopy tvořící baterii. Tenké vrstvy PCD v nich navíc umožňují různé tvary a formy baterií.

Mohou tak vstoupit na různé trhy

Od výše zmíněných vesmírných aplikací až po spotřební elektroniku. Spotřebitelská verze by však nevydržela déle než deset let. Nanodiamantové baterie mají být uvedeny na trh v roce 2023. Lze však s jistotou říci, že běžné lithium-iontové baterie nebudou tak brzy nahrazeny radioaktivními diamantovými bateriemi. Mají sice kratší životnost, ale jejich výroba je mnohem levnější. Protože však li-ion baterie nemají tak dlouhou životnost (jejich životnost je přibližně pět let), produkují také velké množství elektronického odpadu, který není snadné recyklovat.

Radioaktivní diamantové baterie jsou výhodnější, protože mají mnohem delší životnost než běžné baterie. Pokud by se podařilo vyvinout univerzální baterii, jak navrhuje N.D.B., měli bychom nakonec baterie, které by vydržely déle než chytrý telefon, a mohli bychom je snadno vyměňovat z jednoho telefonu do druhého, podobně jako nyní přenášíme SIM kartu.

Zdroj: thebrighterside.news