Zespół z koreańskiego Daegu Gyeongbuk Institute of Science przedstawił prototyp nuklearnej baterii, opartej na radioaktywnym węglu. Inżynierowie zapewniają, że rozwiązanie jest bezpieczne.

W przyszłości mogłoby ono rozwiązać problemy związane z ładowaniem telefonów, działaniem różnych czujników czy rozruszników serca. Ograniczyłoby też zniszczenia środowiska spowodowane wydobyciem litu.

Jak wyjaśniają badacze, baterie nuklearne wykorzystują wysokoenergetyczne cząstki emitowane przez materiały radioaktywne. Jednocześnie niektóre rodzaje promieniowania można łatwo zablokować, dzięki czemu nie będą one szkodliwe dla organizmów żywych. Na przykład promieniowanie typu beta można osłonić cienką warstwą aluminium - co sprawia, że betawoltaika może być potencjalnie bezpiecznym wyborem dla baterii jądrowych.

Badacze opracowali prototyp takiej baterii wykorzystującej radioaktywny izotop węgla C-14, który wytwarza wyłącznie wspomniane promienie beta. Przy tym, jako produkt uboczny powstający w elektrowniach jądrowych, jest niedrogi i łatwo poddaje się recyklingowi. Ponadto rozpada się bardzo powoli, więc w teorii taka bateria - jak podkreślają naukowcy - mogłaby działać nawet kilka tysięcy lat.

Jak wyjaśniają, działanie typowej baterii betawoltaicznej polega na tym, że elektrony uderzają w półprzewodnik, co prowadzi do wytworzenia energii elektrycznej. Półprzewodniki są więc kluczowym elementem w tego typu bateriach. W związku z tym bada się zaawansowane materiały półprzewodnikowe, żeby osiągnąć jak najwyższą wydajność produkcji prądu.

Teraz badacze wykorzystali materiał oparty na dwutlenku tytanu z dodatkiem barwnika opartego na rutenie. Kiedy cząstki beta uderzają w barwnik, powstaje kaskada elektronów, wychwytywanych przez półprzewodnik.

Co ważne, w nowej baterii radioaktywny węgiel znajduje się zarówno w anodzie zabarwionej barwnikiem, jak i w katodzie. Poprzez traktowanie obu elektrod radioaktywnym izotopem, badacze zwiększyli ilość generowanych promieni beta oraz zmniejszyli straty energii tego promieniowania związane z odległością między tymi dwiema strukturami.

Podczas demonstracji prototypu odkryli, że promienie beta emitowane z węgla radioaktywnego na obu elektrodach wyzwalały reakcję w barwniku na anodzie.

W porównaniu do poprzedniego projektu, w którym radioaktywny izotop znajdował się tylko w katodzie, nowa bateria miała znacznie wyższą wydajność konwersji energii, która wzrosła z 0,48 do 2,86 proc. Takie wartości nadal oznaczają jednak w porównaniu do tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych. To wskazuje na potrzebę dalszych prac nad optymalizacją ogniwa. Badacze mówią o udoskonaleniu kształtu emitera promieniowania oraz opracowaniu bardziej efektywnych substancji, które będą te promienie pochłaniały. Sukces oznaczałby powszechne wykorzystanie energii nuklearnej.

"Możemy te baterie umieścić w urządzeniach o wielkości palca" – mówi Su-Il In, autor wynalazku, który zostanie zaprezentowany na wiosennej konferencji American Chemical Society.

Marek Matacz (PAP)

mat/ zan/