Эта батарейка может работать 5730 лет

Ученые из Корейского института науки и технологий в Тэгу создали компактную ядерную батарею, которая способна вырабатывать электричество десятилетиями без риска, обычно ассоциирующегося с радиоактивностью. Новое устройство — это бета-волтаическая ячейка с красителем, работающая на углероде-14, радиоактивном изотопе, излучающем бета-частицы. Эти частицы — по сути, высокоэнергетические электроны — попадают на полупроводник из диоксида титана, покрытый красителем на основе рутения, выбивая из него электроны и тем самым создавая электрический ток.

Период полураспада углерода-14 составляет около 5730 лет, теоретически позволяя батарее сохранять половину своей начальной мощности спустя тысячелетия. Но на практике выход снижается значительно быстрее — материалы всё же подвержены разрушению. Тем не менее, потенциал технологии впечатляет. В текущем прототипе мощность составляет 20,75 нановатт на квадратный сантиметр на милликюри с эффективностью 2,86%. Проще говоря, такая батарейка размером с таблетку аспирина выдает примерно 0,4% от того, что нужно для работы карманного калькулятора. Чтобы он заработал, потребовалось бы ещё порядка 240 таких элементов.

Несмотря на скромную мощность, её достаточно, чтобы обеспечить энергией имплантируемые медицинские устройства, такие как кардиостимуляторы, или датчики для сбора экологических данных. Также технология может применяться для питания RFID-меток, микросхем и зарядки конденсаторов в устройствах, которым нужен короткий, но мощный энергетический импульс. Это направление перспективно для сверхэнергоэффективной электроники — и пока ещё находится на ранней стадии развития.

Главное преимущество — безопасность. Вопреки привычным ассоциациям со словом «ядерный», устройство не требует сложной защиты. Бета-частицы от углерода-14 слабы и встречаются повсеместно, даже в организме человека. Для экранирования достаточно тонкого слоя алюминия. Батарея полностью твердая, без легковоспламеняющихся материалов, и по уровню безопасности может даже превосходить литий-ионные аккумуляторы, склонные к перегреву и взрывам.

Вообще, идея ядерных батарей не нова. Первые устройства такого типа появились ещё в 1950-х, когда в США разработали элемент на основе стронция-90. Позже, в 1960-х, радиоизотопные термоэлектрические генераторы с плутонием-238 стали применяться в космических миссиях. Один из первых примеров — спутник Transit 4A, использовавшийся в ранней системе спутниковой навигации, предшественнице GPS.

В последние годы интерес к ядерным батареям снова растет. Например, компания Betavolt представила 3-вольтовую батарею с никелем-63 и алмазным полупроводником, рассчитанную на 50 лет работы. А Arkenlight разрабатывает батареи на основе алмазов из углерода-14. Хотя принципы остаются прежними, прогресс в области материалов и безопасности приближает эту технологию к реальному повседневному применению — без необходимости строить ядерные реакторы.