Аккумулятор со сроком службы 1000 лет
Помните нашумевший в свое время блокбастер «Приключения Электроника»? Никто не задумывался над тем, какой источник питания использовался для обеспечения энергией мальчика-робота? А помните R2D2? Этот робот как минимум несколько десятилетий выживал без подзарядки! Может ли на самом деле существовать подобный аккумулятор? Давайте поговорим сегодня об этом. Самым распространенным типом аккумуляторов ...
Сообщение Аккумулятор со сроком службы 1000 лет появились сначала на Живой Космос.
Помните нашумевший в свое время блокбастер «Приключения Электроника»? Никто не задумывался над тем, какой источник питания использовался для обеспечения энергией мальчика-робота? А помните R2D2? Этот робот как минимум несколько десятилетий выживал без подзарядки! Может ли на самом деле существовать подобный аккумулятор? Давайте поговорим сегодня об этом.
Самым распространенным типом аккумуляторов сегодня является литий-ионный. Все, что нужно автономно обеспечивать энергией, от сотового телефона до самой быстрой Tesla, используют именно эти устройства для ее хранения. Однако подобные аккумуляторы далеко не идеальны. Ведь для их производства требуются редкие металлы. Такие, например, как кобальт, добыча которого наносит огромный ущерб окружающей среде. Однако мы все равно широко их используем. Потому что они очень энергоемкие. То есть могут в маленьком объеме хранить довольно много энергии. Однако литий-ионные аккумуляторы имеют и один существенный недостаток — это весьма ограниченный ресурс.
Итак, литий-ионный аккумулятор — хорош, но не идеален. И нам непременно нужно придумать что-то более эффективное.
Новый аккумулятор
Сегодня мы поговорим о новом типе аккумуляторов, которые используют… радиоактивные отходы! Звучит как-то не очень, да?
Название этой новой батареи — Radioactive Diamond Battery. Она состоит из трех частей: радиоактивных алмазов, бетавольтаической окантовки и радиозащиты. Вместе эти три простых компонента могут запросто произвести революцию в наших современных технологиях.
Начнем с основной части — радиоактивных алмазов. На самом деле это бывшие в употреблении графитовые регулирующие стержни ядерных реакторов. Стержни поглощают нейтронное излучение уранового топлива, поэтому их опускание в реактор замедляет цепную реакцию, предотвращая его разрушение. Графит — это углерод, который имеет два основных изотопа: углерод-12 и углерод-14. Углерод-12 является наиболее распространенным типом. Он умеет поглощать нейтронное излучение. Углерод 14 является более редким типом. Он не поглощает нейтроны. И является радиоактивным.
Если углерод-12 подвергается бомбардировке нейтронным излучением, он может поглотить эти нейтроны. И превратиться в углерод-14. Именно поэтому стержни-замедлители из углеродного графита-12 служат недолго. Так происходит потому, что большая часть каждого стержня довольно быстро превращается в углерод-14. И это снижает его способность контролировать цепную реакцию. Поэтому эти стержни нужно часто менять на свежие. А куда девать старые? Отработанные стержни нельзя просто выкинуть на свалку. Ведь они излучают значительное количество радиации, поскольку в них содержится повышенное количество углерода-14. Поэтому с ними обращаются так же, как со всеми радиоактивными отходами.
Упомянутые выше радиоактивные алмазы сделаны как раз из этих графитовых управляющих стержней ядерных реакторов. Сжимая и нагревая, можно превратить их в крошечные алмазы, богатые углеродом-14. Эти маленькие радиоактивные алмазы очень важны. Поскольку это и есть новый источник энергии.
Батарейка на тысячи лет
Углерод-14 имеет период полураспада 5700 лет. И когда он распадается, то высвобождается нейтрон и электрон (бета-излучение). А сам атом превращается в атом азота-14. Это означает, что мы можем получить относительно постоянный поток электронов из кусочка углерода-14. Который (поток) будет стабилен несколько тысяч лет!
Возможно, Вы уже начали догадываться, к чему я клоню.
Дальше дело техники. Нужно просто захватить это бета-излучение. И заставить его вырабатывать электричество. Это можно сделать, используя бетавольтаический эффект. Просто окружите горстку алмазов, богатых углеродом-14, бетавольтаическими материалами, и готово! У нас есть замечательный аккумулятор! И он почти безопасен. Поскольку поток электронов полностью поглощается окружающим его материалом!
Однако не зря в предыдущем предложении было использовано слово «почти». Ведь углерод-14 испускает еще и нейтроны. А они обладают высокой проникающей способностью. Поэтому будут вылетать из нашего чудо-аккумулятора так, как будто им абсолютно ничто не мешает. Для живых существ, находящихся поблизости, это будет проблемой. Однако решение есть. Углеродные полимеры являются отличными поглотителями нейтронов! Поэтому нам просто нужно обернуть нашу алмазную батарею чем-то вроде полиэтиленовой радиационной защиты.
Вот теперь у нас есть просто отличный аккумулятор! Так ведь, да?
Дорого. И неэффективно
Теоретически — да. Концепция подобной установки была предложена учеными из Университета Бата, Великобритания, еще в 2016 году. И в настоящее время находится в разработке. У нас пока еще нет радиоактивной алмазной батареи, которая могла бы работать тысячи лет. К тому же оказалось, что производство алмазов из углерода-14 — довольно сложная задача. Которая, наряду с другими инженерными проблемами, такими как безопасное производство, делает изготовление алмазного аккумулятора очень сложным и чрезвычайно дорогостоящим процессом.
Но если все получится, представляете, как это может измениться наша жизнь? Подобный аккумулятор можно использовать, например, для обеспечения энергией экспедиций к Марсу. Или к океаническим мирам — спутникам Юпитера и Сатурна, где очень мало солнечной энергии. Такой аккумулятор, установленный в Вашем телефоне, надолго переживет сам телефон. То же самое можно сказать и по отношению к ноутбуку или электромобилю. Если уж на то пошло, просто представьте, что Вы покупаете машину, которую никогда не нужно заправлять!
Однако есть две серьезные проблемы, которые несомненно помешают этой технологии вызвать революцию.
Во-первых, как уже отмечалось выше, стоимость аккумулятора. В мире не так уж и много атомных электростанций. Поэтому запасы облученного углерода-14 на планете невелики. Это делает его дефицитным товаром. И, следовательно, очень дорогим! Обработка графитовых стержней для превращения их в алмазы тоже является чрезвычайно дорогой и невероятно дорогостоящей процедурой. Конечно, в будущем цена может снизиться, по мере удешевления переработки. Но, поскольку поставки углерода 14-ограничены, похоже, что он всегда останется дорогим товаром. И, к тому же, нужно понимать, что рынок тоже не стоит сбрасывать со счетов. Ведь аккумулятор, который не требует зарядки (представьте, какую экономию Вы получаете), будет стоить на несколько порядков дороже, чем литий-ионный. Даже если будет производиться в промышленных масштабах.
Вторая проблема — это плотность мощности. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, Вы не можете заставить радиоактивную алмазную батарею сбросить всю свою мощность за один раз. Вам нужно будет подождать. Это означает, что хотя одна такая батарея может содержать сотни киловатт-часов энергии (3,3 Вт/г), эта энергия выделяется очень медленно. Таким образом, чтобы получить достаточное напряжение для питания телефона или автомобиля, Вам понадобится батарея гораздо большего размера, чем эквивалентная литий-ионная. Это не только означает, что Вам придется таскать с собой тяжелую батарею. Это означает еще большее увеличение ее стоимости!
Нужно что-то еще
Но если у Вас есть деньги, и Вам наплевать на дополнительный вес, у Вас есть шанс построить робота C3PO, который никогда не нуждается в зарядке. Или купить электромобиль, который может проехать миллионы километров, прежде чем ему понадобится замена аккумулятора.
Очевидно, что в реальном мире подобный аккумулятор можно применять лишь в весьма специфических отраслях. Например, в качестве резервных систем низкого напряжения и зарядных устройств для удаленных и сложных механизмов, таких как космические спутники или автономные метеостанции. Да, это интересная революционная технология, которая может помочь нам расширить наши знания о Вселенной. Но это вовсе не аккумулятор нашей мечты.
Так что же получается? Мы навеки застряли здесь с литий-ионным аккумулятором?
Может быть и нет. Ведь существуют и другие альтернативы. Такие, например, как ультраконденсаторы на основе графена. Или даже твердотельные батареи. Но все они находятся на очень ранней стадии разработки.
Кто знает, может быть мы сможем сделать со временем радиоактивные алмазные батареи более компактными, мощными и дешевыми. И сможем, наконец, получить аккумулятор своей мечты. Кто знает. Лишь одно можно сказать наверняка: будущее энергетики выглядит очень интересным! Ведь наши научно-фантастические мечты о световых мечах, роботах, космических путешествиях и совершенном автомобиле для путешествий с каждым днем становятся все ближе к реальности.
Сообщение Аккумулятор со сроком службы 1000 лет появились сначала на Живой Космос.