Ερευνητές στην Κίνα δημιούργησαν μια νέα πυρηνική μπαταρία που μπορεί να αντέξει μισό αιώνα ακτινοβολία και να προσφέρει τριπλάσια ενεργειακή απόδοση από τις μέχρι τώρα τεχνολογίες. Οι επιστήμονες δίνουν με αυτό τον τρόπο μια πολύ καλή λύση, στα προβλήματα των συμβατικών συστημάτων ενέργειας, ιδιαίτερα για χρήσεις σε ακραίες συνθήκες, όπως αυτές του διαστήματος ή τον βαθέων υδάτων.
«Οι συμβατικές πηγές ενέργειας (π.χ. χημικές μπαταρίες, κυψέλες καυσίμου και φωτοβολταϊκά στοιχεία) δεν ανταποκρίνονται στις αυστηρές λειτουργικές απαιτήσεις σκληρών περιβαλλόντων, συμπεριλαμβανομένης της μακροπρόθεσμης ανθεκτικότητας, της λειτουργίας χωρίς συντήρηση και των συνεχών αυτοσυντηρούμενων δυνατοτήτων», ανέφεραν οι ερευνητές.
Οι τυπικές μπαταρίες εμφανίζουν περιορισμένη ενεργειακή πυκνότητα, καθώς είναι ευαίσθητες σε περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η θερμοκρασία. Για αυτό, μαζί με αυτές τις μπαταρίες έρχεται και η ανάγκη για περιοδική συντήρηση. Αυτός είναι και ο βασικός λόγος που οι παρούσες τεχνολογίες δεν είναι τόσο πρακτικές σε απομακρυσμένες αποστολές, που έχουν ανάγκη για συνεχή και μη επιτηρούμενη παροχή ρεύματος, που θα κρατήσει για πολλά χρόνια. Για αυτό έχουμε ανάγκη από μια πυρηνική μπαταρία που λύνει αυτά τα προβλήματα.
Τώρα, σε μια προσπάθεια να αντιμετωπίσουν αυτές τις προκλήσεις, οι ερευνητές ανέπτυξαν ραδιοφωτοβολταϊκά κύτταρα (RPVC) στροντίου-90, κατασκευασμένα με μια δομή που ονομάζεται waveguide light concentration (WLC). Στο κέντρο της διάταξης θα βρούμε τον κρύσταλλο GAGG:Ce, ένας από τους πιο φωτεινούς σπινθηριστές που υπάρχουν. Μπορεί να εκπέμψει φωτόνια με κορύφωση στα 520nm και η ενέργεια που απελευθερώνει στο στρόντιο-90 μετατρέπεται σε φως και στη συνέχεια χτυπάει στις φωτοβολταϊκές κυψέλες, που το μετατρέπουν σε ηλεκτρικό ρεύμα! Πρακτικά, το όλο σύστημα μετατρέπει την ραδιενέργεια σε φως και από φως σε ρεύμα.
Στις δοκιμές που έγιναν, μια μεμονωμένη μονάδα RPVC, πέτυχε απόδοση μετατροπής ενέργειας 2.96%, που είναι πολύ υψηλότερη από τις υπάρχοντες υλοποιήσεις RPVC.
Επιπλέον, η ομάδα ανέφερε ισχύ εξόδου 48,9 μικροβάτ (μW) από μία μόνο μονάδα, με την έκδοση πολλαπλών μονάδων να φτάνει τα 3,17 μιλιβάτ (mW).
Το πρωτότυπο επέδειξε επίσης ρεύμα βραχυκυκλώματος 2,23 mA και τάση ανοιχτού κυκλώματος 2,14 βολτ (V). «Σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε ένα RPVC που επιτυγχάνει ισορροπία μεταξύ απόδοσης και σταθερότητας», ανέφεραν οι επιστήμονες.
Η ομάδα φυσικά έπρεπε να προσομοιώσει και τη μακροχρόνια χρήση της μπαταρίας, εκθέτοντας το RPVC σε ακτινοβολία δέσμης ηλεκτρονίων ισοδύναμη με 50 χρόνια έκθεσης σε ακτινοβολία, οι συσκευές έδειξαν μόνο μια μέτρια πτώση της τάξης του 13,8% στην απόδοση.
Η επόμενη ηλιακή υπερκαταιγίδα μπορεί να επηρεάσει τη Γη πιο πολύ από ποτέ!
Αυτά είναι εξαιρετικά αποτελέσματα για μια πυρηνική μπαταρία, με την ομάδα να δηλώνει πως τα RPVC που βασίζονται σε WLC μπορούν να πετύχουν τόσο υψηλή ισχύ εξόδου όσο και άριστη μακροπρόθεσμη σταθερότητα, κάτι που θα κάνει πιο εύκολη την επιλογή των πυρηνικών μπαταριών σε συγκεκριμένες εφαρμογές.
«Η δομή WLC επιτυγχάνει τριπλάσια βελτίωση στην απόδοση μετατροπής ενέργειας σε σύγκριση με τις συμβατικές δομές RPVC», εξήγησαν οι ερευνητές.
«Η ακτινοβολία που ισοδυναμεί με 50 χρόνια λειτουργίας επιβεβαιώνει ότι τα RPVC που βασίζονται σε WLC έχουν εξαιρετική μακροπρόθεσμη σταθερότητα λειτουργίας», πρόσθεσαν. Το σύστημα ελαχιστοποιεί την απώλεια ενέργειας εστιάζοντας το φως από τον σπινθηριστή απευθείας στα φωτοβολταϊκά κύτταρα, χωρίς να απαιτεί κινούμενα μέρη ή εξωτερική είσοδο ενέργειας.
«Παρόλο που η μεγάλης κλίμακας παραγωγή RPVC εξακολουθεί να περιορίζεται από προκλήσεις όπως η μαζική παραγωγή και η μείωση του κόστους των ραδιοϊσοτόπων στροντίου-90, τα τρέχοντα ερευνητικά αποτελέσματα σηματοδοτούν ένα σημαντικό βήμα προς την προώθηση εφαρμογών πυρηνικών μπαταριών», κατέληξαν οι ερευνητές σε δελτίο τύπου.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Light: Science & Applications.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
