Bateria diamentowo-jądrowa to zapowiadana od dawna rewolucja w energetyce. Czemu wciąż nie nadchodzi?

W tym artykule:

1. Bateria diamentowo-jądrowa nie jest żadną nowością
2. Jak działają baterie diamentowo-jądrowe?
3. Bateria diamentowo-jądrowa to oczekiwana rewolucja?
4. Chiński startup wyprzedzi konkurentów?
5. Bezpieczeństwo baterii diamentowo jądrowych
6. Bateria diamentowo jądrowa to przyszłość czy mrzonka?

Wyobraźmy sobie baterię, której żywotność jest równa lub dłuższa żywotności zasilanego przez nią urządzenia. Niemożliwe? Nic bardziej mylnego. Pozwalająca osiągnąć to technologia istnieje i wiele wskazuje na to, że wkrótce może trafić do masowej produkcji.

Jest jeszcze za wcześnie, by myśleć o pojazdach elektrycznych mogących pokonywać tysiące kilometrów z dala od ładowarek i nie wiadomo, czy kiedykolwiek doczekamy się źródła energii, które będzie w stanie zrewolucjonizować elektromobilność. Możliwe jest jednak długotrwałe zaspokajanie znacznie skromniejszego zapotrzebowania energetycznego. W jaki sposób? Dzięki energii atomu.

Bateria diamentowo-jądrowa nie jest żadną nowością

Choć brzmi to jak opis technologii będącej tworem wyobraźni scenarzystów filmów sci-fi, to pomysł na stworzenie baterii jądrowej ma swoje lata. Prace nad takimi ogniwami były prowadzone już w zeszłym stuleciu przez naukowców z USA i ZSRR. O sprawie zrobiło się głośno w 2016 roku, gdy naukowcy z Cabot Institute for the Environment of the University of Bristol zaproponowali swoje rozwiązanie problemu krótkiej żywotności baterii.

Baterie kwantowe będą się błyskawicznie ładować i gromadzić mnóstwo energii. Kiedy mogą powstać?

Jak przechować duże ilości energii, nie obciążając środowiska? Rozwiązaniem mogą być innowacyjne baterie kwantowe.

Naukowcy z Bristolu opracowali prototyp ogniwa, w którym źródłem energii był rozpad beta. Pod tym pojęciem kryje się rodzaj rozpadu radioaktywnego, do którego dochodzi, gdy jądro atomu uwalnia część nadmiaru cząstek w celu uzyskania stabilniejszego stosunku protonów do neutronów. Wydzielana jest przy tym energia, unoszona przez produkty rozpadu.

Jak działają baterie diamentowo-jądrowe?

Wbrew często powielanym informacjom, prototypy takich ogniw nie wykorzystują wypalonego paliwa nuklearnego, a węgiel z grafitowych moderatorów. W przemyśle jądrowym najczęściej używany jest węgiel-12, który po absorpcji neutronu zmienia się w węgiel-13, a gdy wchłonie kolejny – w węgiel-14. Po oczyszczeniu i przetworzeniu tego materiału metodą CVD, powstaje syntetyczny radioaktywny diament.

Ogniwo diamentowo jądrowe składa się z kilku warstw materiału radioaktywnego, umieszczonego między warstwami półprzewodnikowymi. Cząstki wychwytywane przez półprzewodnik są zmieniane w energię elektryczną.

Brzmi fantastycznie, jednak ta technologia ma istotną wadę. O ile baterie diamentowo jądrowe mogą dostarczać energię przez bardzo długi czas, to nie są wystarczająco wydajne, by zasilić urządzenia inne niż mikromocowe. Takie ogniwo może pracować w zegarku, rozruszniku serca, aparacie słuchowym i innej aparaturze charakteryzującej się niskim poborem prądu. Jednak nie zasili smartfona, tabletu, a tym bardziej nie napędzi samochodu elektrycznego czy choćby elektrycznej hulajnogi.

Bateria diamentowo-jądrowa to oczekiwana rewolucja?

W praktyce oznacza to, że ten wynalazek przyniesie największe korzyści w niektórych gałęziach przemysłu, gdzie wymiana ogniw w urządzeniach mikromocowych jest utrudniona lub wręcz niemożliwa. Póki co tylko nieliczni konsumenci byliby w stanie odczuć realną zmianę wynikającą z zastosowania nowego typu ogniw. Niewykluczone jednak, że oczekiwana przez wszystkich rewolucja jest bliżej, niż nam się wydaje.

Temat baterii diamentowo jądrowych co jakiś czas wraca jak bumerang. Różne startupy ogłaszają, że lada moment wprowadzą tę technologię na rynek konsumencki. Na razie wydaje się, że najbliżej realizacji tych zapewnień jest chińska firma Betavolt Technology.

Chiński startup wyprzedzi konkurentów?

Na początku 2024 roku pojawiły się informacje o baterii BV100. Według zapewnień chińskiej firmy, ogniwo o wymiarach 15 x 15 x 5 mm (mniejsze od przeciętnej monety) ma dostarczać energię nieprzerwanie przez 50 lat.

Inaczej niż angielscy naukowcy, Chińczycy nie wykorzystali węgla, a nikiel Ni-63. Bateria składa się cienkich warstw diamentowego półprzewodnika i z warstw izotopu niklu Ni-63, których grubość nie przekracza 2 mikrometrów. Grubość monokrystalicznego materiału półprzewodnikowego (który ma być w stanie „zbierać” więcej cząstek beta) wynosi natomiast 10 mikrometrów. Takie ogniwo ma napięcie 3 V i dostarcza 100 mikrowatów energii pochodzącej z rozpadu radioaktywnego materiału.

Polacy zbudowali baterię lodową. Ten wynalazek w ekonomiczny sposób chłodzi i ogrzewa dom

Czy coś, co jest z założenia zimne, może służyć jako ogrzewanie? Ice Battery System, zaprojektowany przez specjalistów z Wrocławia, może stać się sposobem na magazynowanie energii. Wyko...

To za mało, by wynalazek znalazł szerokie zastosowanie w obszarze elektroniki użytkowej. Firma Betavolt Technology zapewnia jednak, że niewielkie ogniwa mogą być łączone szeregowo lub równolegle i w ten sposób – dostosowywane do indywidualnych wymogów różnych urządzeń. Podobno w toku są już prace nad baterią o mocy dochodzącej do 1 W, a firma eksperymentuje także z innymi izotopami, zapewniającymi większą mocą i jeszcze dłuższą żywotność ogniwa.

Bezpieczeństwo baterii diamentowo jądrowych

Nasuwa się jednak istotne pytanie: co z bezpieczeństwem stosowania takich baterii? Według zapewnień, połowiczny rozpad stosowanego izotopu ma trwać 100 lat, a efektem tego procesu będzie izotop miedzi Cu-63. Ogniwo ma nie emitować niebezpiecznego promieniowania. Podobno wykluczone jest też ryzyko samoistnego zapłonu i wybuchu baterii (dzięki warstwowej budowie). Deklarowany zakres temperatur, w jakim może pracować, zamyka się w przedziale od minus 60 do 120 stopni Celsjusza.

Bateria diamentowo jądrowa to przyszłość czy mrzonka?

To wszystko brzmi sensownie, jednak należy pamiętać, że podobna technologia istniała już w latach 60. XX wieku. Przez lata była udoskonalana, a w 2016 roku Brytyjscy naukowcy opracowali prototyp zbliżony do chińskiego wynalazku. W międzyczasie powstało sporo startupów pracujących nad „miniaturową elektrownią atomową”. Mimo to ogniwa litowo-jonowe nadal nie wychodzą z użytku. Czy w końcu doczekamy się zapowiadanej rewolucji i będziemy mogli zapomnieć o ładowarkach? Czas pokaże.

Nasz ekspert

Artur Białek

Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.