НУКЛЕАРНА МИНИЈАТУРНА БАТЕРИЈА СО 50 ГОДИНИ ТРАЕЊЕ И ДАЛИ Е ВОЗМОЖНО ЗА МОБИЛНИ ТЕЛЕФОНИ.
  Објавено на
share

НУКЛЕАРНА МИНИЈАТУРНА БАТЕРИЈА СО 50 ГОДИНИ ТРАЕЊЕ И ДАЛИ Е ВОЗМОЖНО ЗА МОБИЛНИ ТЕЛЕФОНИ.


Концептот за нуклеарни батерии, или радиоизотопски термоелектрични генератори (RTG), постои од средината на 20 век, првично развиени за вселенски мисии од НАСА и советските програми. Овие уреди користат радиоактивно распаѓање за производство на електрична енергија. Модерните верзии, како оние големи колку паричка, се базираат на слични принципи, но со напредок во минијатуризација и безбедност. Неодамнешни иновации вклучуваат батерии базирани на дијамантски структури или други материјали за инкапсулација на изотопи.
 
 
Технологија
 
Таквите батерии обично користат изотопи со долг полуживот, како никел-63 (околу 100 години) или јаглерод-14 (5.730 години). Енергијата се создава преку бета-распаѓање, каде емитираните честички се претвораат во електрична енергија со полупроводници или дијамантски структури. На пример:
  • Никел-63: Има полуживот од околу 100 години, погоден за компактни уреди, со минимално зрачење што е безбедно кога е инкапсулирано.
  • Јаглерод-14: Нуди подолг век (теоретски илјадници години), но пониска излезна моќност.
Батериите се мали (на пр. 15x15x5 mm), со излезна моќност од неколку микровати до 100 микровати, доволно за сензори, медицински импланти или микроелектроника. Тие се отпорни на екстремни услови (-60°C до +120°C) и не бараат полнење.
Реномирани извори и истражувања
  1. Универзитетот во Бристол (2016): Научници развиле дијамантска батерија со јаглерод-14, со потенцијал да трае илјадници години. Прототипот користеше никел-63, но јаглерод-14 беше предложен за подолг век. Објавено во Nature и други научни списанија.
  2. Кинеска иновација (Betavolt, 2024): Компанијата Betavolt објави батерија со јаглерод-14, голема колку паричка, со животен век од 50 години и излез од 100 микровати на 3 волти. Иако не е објавена во рецензирани списанија, технологијата е во согласност со научните принципи за бета-волтаични ќелии.
  3. НАСА и RTG: Иако поголеми, RTG-уредите на НАСА (користат плутониум-238) се историски референтни за вакви технологии, со примена во мисии како Voyager. Современите минијатурни верзии се инспирирани од овие.
Апликации
  • Медицина: Напојување на пејсмејкери или сензори во телото.
  • Вселенски истражувања: Долготрајна енергија за сателити или ровери.
  • Воена индустрија: За беспилотни летала или далечински уреди.
  • Интернет на нештата (IoT): За сензори во екстремни средини.
Безбедност
 
Радиоактивниот материјал е инкапсулиран во робусни материјали (како дијамант), спречувајќи истекување. Зрачењето (бета-честички) е со низок дострел и не продира надвор од уредот, што ги прави безбедни за употреба.
Ограничувања
  • Ниска моќност: Не се погодни за уреди со висока потрошувачка (на пр. паметни телефони).
  • Цена: Производството е скапо поради прецизната технологија.
  • Регулативи: Употребата на радиоизотопи бара строги безбедносни стандарди.
 
  1. Универзитетот во Бристол (2016): Истражувачите развија прототип на дијамантска батерија користејќи никел-63, со потенцијал за јаглерод-14 за подолг век. Овие батерии работат на бета-волтаичен принцип, каде бета-честички од радиоизотоп генерираат електрицитет во дијамантска структура. Објавено во Nature (DOI: 10.1038/nature.2016.21005). Тие проценуваат дека јаглерод-14 може да обезбеди енергија илјадници години, но прототипите со никел-63 се поблиску до 50-100 години.
  2. Мисиури Универзитет (2018): Истражување за бета-волтаични ќелии со никел-63 покажа дека мали уреди (неколку сантиметри) можат да произведат микровати моќност со животен век од децении. Објавено во Applied Physics Letters (DOI: 10.1063/1.5025326). Фокусот е на примена во медицински импланти и сензори.
  3. НАСА и радиоизотопски технологии: Иако RTG-уредите на НАСА (користат плутониум-238) се поголеми, нивните принципи за долготрајна енергија од радиоактивно распаѓање се основа за минијатуризација. Современите истражувања за микро-RTG се споменуваат во извештаи на IEEE Spectrum и Journal of Nuclear Materials (2020), со потенцијал за уреди големи колку паричка.
  4. Кинеска компанија Betavolt (2024): Спомената во New Scientist и други извори, нивната батерија со јаглерод-14 (15x15x5 mm, 100 микровати, 3V) ветува 50-годишен век. Иако нема рецензирана објава, технологијата се базира на познати бета-волтаични принципи, слични на академските истражувања.
Технички детали
  • Изотопи: Никел-63 (полуживот ~100 години) или јаглерод-14 (полуживот ~5.730 години) се најчести за вакви батерии. Никел-63 е попрактичен за 50-годишен век, додека јаглерод-14 нуди подолг теоретски век.
  • Механизам: Бета-честички удираат во полупроводнички материјал (често дијамант или силикон-карбид), создавајќи електрична струја. Ефикасноста е ниска (1-10%), но стабилноста е исклучителна.
  • Излез: Типично 10-100 микровати, доволно за сензори, пејсмејкери или IoT уреди, но не за уреди со висока потрошувачка.
  • Безбедност: Радиоизотопот е инкапсулиран во цврсти материјали (дијамант или керамика), спречувајќи зрачење. Бета-честички не продираат надвор од уредот.
Заклучок
 
Нуклеарна батерија голема колку паричка што трае 50 години е технолошки остварлива и се базира на бета-волтаични ќелии со изотопи како никел-63 или јаглерод-14. Истражувањата од реномирани институции (Универзитетот во Бристол, Мисури, НАСА) и неодамнешни комерцијални тврдења (Betavolt) потврдуваат дека такви уреди можат да произведат мала, но стабилна моќност (микровати) за децении, со примена во медицината, вселената и сензорите. Безбедноста е обезбедена преку инкапсулација, а главните ограничувања се високата цена и ниската излезна моќност. Оваа технологија е ветувачка за нискоенергетски уреди, но не е замена за конвенционалните батерии во секојдневната електроника
 
 
 
ШТО Е РТГ?
 
RTG, или радиоизотопски термоелектричен генератор, е уред што создава електрична енергија од топлината произведена при радиоактивно распаѓање на изотоп, како плутониум-238 во случајот на НАСА. За разлика од бета-волтаичните батерии (кои користат бета-честички), RTG ја претвора топлината од распаѓањето во струја преку термоелектрични материјали (според Seebeck-ефектот).
Клучни точки:
  • Функција: Плутониум-238 се распаѓа, ослободувајќи топлина, која се претвора во електрицитет.
  • Употреба: НАСА ги користи за мисии како Voyager, Curiosity Rover и Perseverance, каде соларната енергија е недоволна (на пр. длабок космос или Марс).
  • Животен век: Децении, поради долгиот полуживот на плутониум-238 (~87,7 години).
  • Големина: Обично поголеми од „паричка“ (килограми), но се истражуваат минијатурни верзии.
RTG се сигурни за екстремни средини, но се скапи и користат посилни изотопи од оние во микро-батериите (како никел-63). Извори: NASA Science и Journal of Nuclear Materials.
 
 
 
 
 
Користењето на радиоизотопски термоелектричен генератор (RTG) или слична нуклеарна батерија (како бета-волтаична со никел-63 или јаглерод-14) за напојување на мобилен телефон е теоретски возможно, но практично неверојатно со сегашната технологија. Еве зошто, базирано на реномирани странски научни извори (Nature, IEEE Spectrum, Applied Physics Letters):
Ограничувања
  1. Ниска излезна моќност:
    • Нуклеарните батерии големи колку паричка (на пр. бета-волтаични) произведуваат 10-100 микровати (0,00001-0,0001 вати).
    • Мобилен телефон троши 1-5 вати во мирување и до 10-20 вати при интензивна употреба (на пр. игри, видео). Ова е милиони пати повеќе од капацитетот на таква батерија.
    • RTG-уредите на НАСА (со плутониум-238) даваат стотици вати, но се големи (дециметри, десетици килограми) и несоодветни за телефони.
  2. Големина и тежина:
    • За да се постигне моќност за телефон, бета-волтаична батерија би требало да биде многу поголема од „паричка“, губејќи ја компактноста.
    • RTG се уште покрупни и тешки, што ги прави непрактични за преносни уреди.
  3. Цена:
    • Производството на радиоизотопи (никел-63, јаглерод-14, плутониум-238) и инкапсулацијата (на пр. во дијамант) е екстремно скапо – стотици илјади долари за мал уред, споредено со неколку долари за литиум-јонска батерија.
  4. Безбедносни и регулаторни пречки:
    • Иако бета-волтаичните батерии се безбедни поради инкапсулација, регулативите за радиоактивни материјали во комерцијални производи се строги.
    • RTG со плутониум-238 емитуваат посилно зрачење, барајќи тешка заштита, што е неприфатливо за потрошувачка електроника.
  5. Ефикасност:
    • Бета-волтаичните ќелии имаат ефикасност од 1-10%, а RTG околу 6-8%. Литиум-јонските батерии се многу поефикасни за краткорочна употреба.
Потенцијал
  • Хибридна примена: Нуклеарна батерија би можела да напојува ултра нискоенергетски сензори во телефон (на пр. за следење локација во мирување), но не и главните функции (екран, процесор).
  • Идни иновации: Ако технологијата напредне за да произведе миливати наместо микровати во компактен формат, би можела да се користи за полнење на литиум-јонска батерија во телефон, но ова е децении далеку според истражувања (на пр. Универзитетот во Бристол, 2016).
Заклучок
Со сегашната технологија, ниту RTG ниту бета-волтаичните нуклеарни батерии не се погодни за напојување на мобилен телефон поради екстремно ниската моќност, високата цена, големината и регулаторните ограничувања. Литиум-јонските батерии остануваат далеку посоодветни. За нискоенергетски уреди (како пејсмејкери или сензори), овие батерии се ветувачки, но не и за телефони.
 
 
  1. Технолошки пробив во ефикасност:
    • Бета-волтаичните ќелии достигнуваат ефикасност од 30-50% (споредено со сегашните 1-10%) преку нови материјали, како напредни наноструктурирани дијаманти или графен-базирани полупроводници. Ова би овозможило батерија од 15x15x5 mm да произведе 1-10 миливати наместо 100 микровати.
    • Алтернативно, се развива хибридна технологија што комбинира бета-волтаични и термоелектрични принципи, користејќи безбеден изотоп со долг полуживот (на пр. јаглерод-14 или нов синтетички изотоп).
  2. Зголемена моќност:
    • Со оптимизација, батеријата произведува 50-100 миливати постојано, доволно за полнење на секундарна литиум-јонска или цврсто-состојбена батерија во телефон. На пример, би можела да обезбеди „капка-по-капка“ полнење, продолжувајќи го животот на батеријата на недели или месеци без приклучок.
    • За целосно напојување на телефон (5-20 вати), батеријата би требало да биде поголема (на пр. 5x5x1 cm), но се вклопува во телефонски формат благодарение на минијатуризација.
  3. Безбедност и регулации:
    • Новите изотопи или методи за инкапсулација (на пр. дијамант со повеќеслојна заштита) го прават зрачењето (бета-честички) целосно занемарливо, дури и при оштетување. Ова убедува регулатори (како FDA или IAEA) да дозволат масовна комерцијална употреба.
    • Индустријата воспоставува стандарди за рециклирање на радиоизотопи, намалувајќи ги еколошките грижи.
  4. Намалена цена:
    • Напредокот во синтезата на изотопи (на пр. јаглерод-14 од нуклеарни реактори или нови акцелератори) и автоматизираното производство ги спушта трошоците од милиони на стотици долари по единица.
    • Масовното производство (слично на полупроводници) ја прави батеријата конкурентна со врвните литиум-јонски батерии, додавајќи само 50-100 долари на цената на телефон.
  5. Интеграција во телефони:
    • Производители како Apple или Samsung интегрираат нуклеарна батерија како „вечен“ ко-процесор за нискоенергетски функции (5G конекција, GPS, сензори) и полнење на главната батерија. Телефонот работи без полнење 1-2 месеци или, со оптимизација, неколку години за основни функции.
    • Алтернативно, батеријата се користи во модуларен додаток (на пр. футрола) што полни стандарден телефон.
Влијание
  • Корисничко искуство: Телефоните стануваат речиси независни од полначи, идеални за оддалечени области, патувања или кризи. Батеријата од 50 години надживува уредот, па може да се реупотреби.
  • Индустрија: Нуклеарните батерии создаваат нова ниша, поттикнувајќи иновации во нискоенергетска електроника. Телефоните се редизајнираат за минимална потрошувачка (на пр. екрани со ултра ниска моќност).
  • Друштво: Технологијата се шири во медицински уреди, IoT и вселенски истражувања, намалувајќи ја зависноста од фосилни горива за енергија.
 
Дури и во ова оптимистично сценарио, целосно напојување на модерен телефон (со екрани, процесори, камери) останува тешко без поголема батерија или револуционерен изотоп. Најверојатно, нуклеарната батерија би била помошен извор, продолжувајќи го животот на стандардна батерија. Пробивите бараат децениски инвестиции во материјали и нуклеарна технологија, но напредокот во бета-волтаици (како истражувањата од Бристол, 2016) дава надеж.
Заклучок: Во најдоброто сценарио, до 2035-2050, нуклеарна батерија голема колку паричка би можела да обезбеди делумно напојување за телефон, продолжувајќи го траењето на батеријата на месеци или поддржувајќи основни функции „засекогаш“. Целосна замена на литиум-јонските батерии е малку веројатна, но хибридниот модел би бил револуционерен.
 
 
 

 



 




КОМЕНТАРИ




Copyright Jadi Burek © 2013 - сите права се задржани