Батарея, разработанная исследователями из Бристольского университета и Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA), использует распад углерода-14, радиоактивного изотопа, который наиболее известен тем, что используется для датировки органических артефактов.
«У нас есть устройство, сделанное из алмаза, в котором радиоизотоп интегрирован в это устройство, — сказал Нил Фокс, профессор материаловедения из Бристольского университета, в видеоролике, опубликованном 4 декабря UKAEA. — И это первый мировой опыт».
Радиоактивные материалы, такие как углерод-14, естественным образом распадаются со временем, выделяя энергию по мере того, как их нестабильные атомы превращаются в более стабильные элементы. В этом процессе алмазная батарея улавливает выделяющуюся энергию, создавая низкие уровни постоянной мощности, подобно тому как солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электричество.
Период полураспада углерода-14 составляет 5 730 лет, то есть по истечении этого срока остаётся половина его вещества. Другими словами, батарее требуется более пяти тысячелетий, чтобы выработать 50% своей мощности.
Заключённый в слой синтетического алмаза, углерод-14 испускает электроны во время своего естественного распада в стабильный углерод-12. Алмаз действует как полупроводник, безопасно преобразуя эти электроны в электричество и предотвращая утечку опасного вещества.
«Нет никаких движущихся частей, никаких выбросов и никакого обслуживания — только прямое производство электроэнергии», — объясняет Том Скотт, профессор материаловедения из Бристольского университета.
Одна алмазная батарея, содержащая 1 грамм углерода-14, может производить около 15 джоулей энергии в день, или 173 микроватта — гораздо меньше, чем стандартная батарейка AA ёмкостью около 4 ватт-часов. Несмотря на меньшую мощность, её долговечность делает её идеальной для нишевых применений, для которых важна долговечность.
Например, исследователи считают, что её использование в медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы, слуховые аппараты и глазные имплантаты, сведёт к минимуму необходимость в замене. Батареи кардиостимуляторов обычно требуют замены через пять-десять лет после операции.
«Мы можем использовать его в небольших спутниках, — говорит в видеоролике Фатима Санни, инженер из UKAEA. — Мы можем использовать его в компьютерных чипах, пультах дистанционного управления и наручных часах».
Прочность алмаза также делает батарею пригодной для использования в экстремальных условиях, например, при исследовании морских глубин или дальних космических полётах. Исследователи надеются, что она сможет питать такие устройства, как активные радиочастотные метки для дистанционного слежения, значительно продлевая срок службы космических аппаратов и другого оборудования в суровых условиях.
Помимо инновационных энергетических применений, алмазная батарея может также предложить новый способ утилизации ядерных отходов.
Углерод-14 производится в графитовых блоках некоторых ядерных реакторов деления. Например, только в Великобритании имеется около 95 тыс. метрических тонн таких графитовых отходов.
«Заключив радиоактивный материал в алмазы, мы превращаем долгосрочную проблему ядерных отходов в батарею, работающую на ядерном топливе, и долгосрочный источник чистой энергии», — говорит Скотт.
