باتری‌های هسته‌ای، انرژی ایمن برای سال‌ها بدون نیاز به شارژ

در فناوری امروزی، باتری‌های لیتیومی قابل شارژ اغلب به سرعت خالی شده و انرژی خود را از دست می دهند. این باتری‌ها در مدت زمان استفاده، کیفیت خود را از دست می‌دهند و نیاز به شارژ مکرر دارند که می‌تواند مانع از استفاده آنها در دستگاه‌هایی مانند پهپادها شوند. علاوه بر این، باتری‌های لیتیومی به دلیل فرآیند استخراج فشرده و مشکلات دفع، برای محیط زیست مضر هستند. محققان به رهبری پروفسور سو-ایل این، در موسسه علوم و فناوری دائگو گیونگبوک، در حال بررسی رادیوکربن ها به عنوان جایگزینی ایمن‌تر و بادوام‌تر برای باتری‌های هسته‌ای هستند که می‌توانند برای دهه‌ها دوام بیاورند. نتایج این تحقیق در نشست بهاری انجمن شیمی آمریکا ارائه خواهد شد و به تقاضای روزافزون برای راه‌حل‌های انرژی بادوام می‌پردازد.

باتری‌های هسته‌ای با استفاده از ذرات پرانرژی مواد رادیواکتیو، انرژی تولید می‌کنند. برخی از عناصر رادیواکتیو به موجودات زنده آسیبی نمی‌رسانند و برخی مواد می‌توانند تشعشعات مضر را مسدود کنند. به عنوان مثال، ذرات بتا را می‌توان با استفاده از آلومینیوم محافظت کرد و بتاولتائیک‌ها را به گزینه‌ای ایمن‌تر تبدیل کرد. محققان با استفاده از کربن-۱۴، یک کربن رادیواکتیو که فقط پرتوهای بتا ساطع می‌کند، یک نمونه اولیه از باتری بتاولتائیک ساختند. کربن-۱۴ ارزان، در دسترس و می‌تواند هزاران سال دوام بیاورد. در این باتری‌ها، الکترون‌ها برای تولید برق به یک نیمه‌رسانا برخورد می‌کنند و دانشمندان به دنبال مواد نیمه‌رسانای بهتری برای بهبود راندمان تبدیل به انرژی هستند.

در طراحی جدید باتری، این محققان از یک نیمه هادی مبتنی بر تیتانیوم دی اکسید که در سلول های خورشیدی رایج است، استفاده کردند و آن را با لایه ای مبتنی بر روتنیوم، حساس تر کردند. آنها پیوند بین تیتانیوم دی اکسید و لایه روتنیوم را با استفاده از اسید سیتریک تقویت نمودند. هنگامی که پرتوهای بتای ساطع شده از رادیوکربن، به این لایه برخورد می کند، یک نوع بهمن الکترونی رخ می دهد که امکان جمع آوری الکترون موثر توسط تیتانیوم دی اکسید را فراهم می کند.

این باتری دارای رادیوکربن در آند و کاتد حساس به این لایه است که باعث افزایش تولید اشعه بتا و کاهش اتلاف انرژی می شود. مشاهدات نشان داد که پرتوهای بتا، لایه ی موجود در آند را فعال کرده و برق را با کارایی بیشتری تولید می نماید و بازده تبدیل انرژی از 0.48 درصد به 2.86 درصد افزایش می‌یابد.

این باتری‌های هسته‌ای بادوام می‌توانند برای کاربردهای مختلفی مانند ساخت ضربان‌سازهایی که بدون نیاز به تعویض، مادام‌العمر کار می‌کنند، مفید باشند. با این حال، طراحی بتاولتائیک فعلی تنها مقدار کمی انرژی الکتریکی از واپاشی رادیواکتیو تولید می‌کند و در نتیجه عملکرد پایین‌تری نسبت به باتری‌های لیتیومی استاندارد دارد. پیشرفت‌های بیشتر در طراحی ساطع‌کننده و جاذب‌های پرتو بتا می‌تواند تولید انرژی را افزایش دهد. با تغییر دیدگاه‌ها در مورد انرژی هسته‌ای، این باتری‌های فشرده می‌توانند انرژی هسته‌ای ایمن را برای دستگاه‌های کوچک به ارمغان بیاورند. این تحقیق از چندین سازمان کره‌ای بودجه دریافت کرده است.

منبع:

American Chemical Society. "A safe nuclear battery that could last a lifetime." ScienceDaily, 26 March 2025. <www.sciencedaily.com /2025/03/250326123740 >.