Die Japaner haben tatsächlich Batterien entwickelt, die Hunderte von Jahren halten können. Sie basieren auf synthetischen Diamanten und radioaktiven Isotopen. Nach Ansicht der Forscher eignen sich solche Batterien beispielsweise für Raumfahrtgeräte. Sie haben natürlich Nachteile, aber es gibt auch viele Vorteile.
Die Autoren des Projekts sind Wissenschaftler und Ingenieure des National Institute of Materials Science (NIMS). Soweit verständlich, werden die Japaner ihre Erfindung kommerzialisieren, so dass sie nicht alle Details des Batteriedesigns offenlegen. Aber im Allgemeinen zu verstehen, was möglich ist.
Was sind diese Elemente und warum gibt es Diamanten?
Laut der Quelle hat die japanische Batterie drei Hauptzellen. Zwei von ihnen sind radioaktiv und der dritte ist tatsächlich ein Diamant. Wie oben erwähnt, ist dieses Mineral künstlich, so dass die Kosten des gesamten Systems nicht übermäßig hoch sind.
Synthetische Diamanten werden seit vielen Jahrzehnten in der Industrie eingesetzt. Sie werden unter Laborbedingungen hergestellt, ihre Eigenschaften sind nahezu natürlich, aber die Kosten sind um ein Zehnfaches niedriger.
Bei den radioaktiven Elementen handelt es sich um Isotope aus Kohlenstoff und Nickel mit einer langen Halbwertszeit. Für Kohlenstoff-14 sind es 5700 Jahre und für Nickel 63-100 Jahre. Die Kombination der beiden Isotope ermöglicht eine längere Batterielebensdauer.
Diamanten dienen als Elektroden. Isotope erzeugen Betastrahlung, während Diamanten elektrischen Strom erzeugen. Um die Umwelt und die Menschen zu schützen, wird das Element in eine Metallhülle gelegt. Glas, Metalle und Plexiglas lassen keine Betastrahlung durch, daher reicht gewöhnliches Aluminium aus, um die Batterie vollständig sicher zu machen. Es ist vom Beta-Galvanik-Typ.
Wenn die Elemente nur in der Raumfahrtindustrie verwendet werden, gibt es kein Problem mit ihrer Entsorgung - trotzdem werden die Systeme in den Weltraum und auf andere Planeten geschickt. Wenn Sie jedoch Diamantbatterien auf der Erde verwenden, müssen Sie einen sicheren und zuverlässigen Recyclingprozess entwickeln.
Es gibt einen Prototyp, aber etwas muss verbessert werden
Wie oben erwähnt, hat diese Batterie sowohl Vor- als auch Nachteile. Die Vorteile sind solide.
Erstens können radioaktive Elemente aus Atommüll gewonnen werden. Das Isotop Kohlenstoff-14 wird in vielen Branchen, Wissenschaft und Medizin eingesetzt. Daher wird es zur Radioisotopendatierung und Diagnose bestimmter Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts verwendet.
Gleichzeitig wird KKW mit Kohlenstoff-14 verschwendet (und es sammelt sich auf Graphitstäben aus Reaktoren an). Es ist sowohl teuer als auch schwierig, solche Abfälle zu lagern, da spezielle Schutzmethoden erforderlich sind. Wenn also Diamantbatterien in Betrieb genommen werden, kann das Abfallproblem zumindest teilweise gelöst werden.
Zweitens sind sie extrem langlebig, wie schon mehr als einmal gesagt wurde. Sie müssen sich nur nicht um die Energieversorgung kümmern.
Drittens sind solche Elemente zuverlässig. Es gibt dort nichts Besonderes zu versagen, außer vielleicht bei mechanischer Beanspruchung. „Sie können auch bei hohen Temperaturen betrieben werden und insbesondere in Weltraumgeräten und -maschinen für die Mineralexploration eingesetzt werden“, sagte Satoshi Koizumi, Mitautor des Diamantbatterieprojekts und Mitarbeiter von NIMS.
Viertens ist das Design von Diamantbatterien einfacher als das Design von plutoniumbetriebenen RTGs, die heute in Raumfahrzeugen verwendet werden.
ABER. Wie immer ist eine Fliege in der Salbe in diesem ganzen Fass Honig. Nämlich die geringe Leistung der Batterie. Bisher produziert der Prototyp nur 1 Mikrowatt Leistung. Um das Raumschiff mit Energie zu versorgen, ist entweder eine große Batterie oder eine Elementmodifikation erforderlich. Und in diese Richtung werden die Vertreter von NIMS handeln.
Diamantbatterien als Trend
Bereits im August haben wir geschrieben, dass das amerikanische Startup Nano Diamond Battery einen Prototyp einer Beta-Galvanik-Batterie vorgestellt hat, die Tausende von Jahren halten kann. Und ja, sie verwenden auch Diamanten und Carbon-14. Die Amerikaner haben auch einen Prototyp und ihr Element hat bereits mehrere Testphasen bestanden.
Die amerikanische Batterie ist kein Geheimnis, und Wissenschaftler von Drittanbietern haben den Prototyp der Batterie untersucht. Die Sicherheit und Wirksamkeit der galvanischen Beta-Batterie wurde im Lawrence Livermore National Laboratory und im Cavendish Laboratory der Universität Cambridge bestätigt. Darüber hinaus zeigten Wettbewerber des Prototyps der NDB-Batterie einen Wirkungsgrad von 15% bei der Energieerzeugung. Bei der Entwicklung eines kalifornischen Startups erreichte der Wirkungsgrad dank einer synthetischen Diamantstruktur, die gleichzeitig als Halbleiter und Kühlkörper fungiert, 40%. Der innere Kern ist bis zu 28.000 Jahre "Phonit", daher halten die Batterien viel länger als die Geräte, in denen sie installiert sind.
Nano Diamond Battery bietet Beta-Galvanikbatterien in einer Vielzahl von Formfaktoren an, darunter die bekannten AA-, AAA-, 18650-, CR2032- und andere. Theoretisch können sie mit den Lithium-Ionen-Batterien der meisten modernen Geräte zusammenarbeiten. Während des Betriebs überträgt die "Diamant" -Batterie überschüssigen Strom auf die Lithiumbatterie.
Im Allgemeinen sieht es so aus, als wären Diamantelemente der neue Trend. Wenn es möglich ist, ihre Leistung zu erhöhen, können die Batterien nicht nur in der Raumfahrtindustrie, sondern auch auf der Erde eingesetzt werden. Natürlich mit Blick auf die Sicherheit - schließlich, wenn die Metallhülle beschädigt ist und Betastrahlung die Objekte umgibt, die das Element umgeben.
Trotzdem bleiben die Amerikaner optimistisch. „Stellen Sie sich ein iPhone vor. Unser Design lädt Ihren Akku fünfmal pro Stunde von Grund auf auf. Stell dir das vor. Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Sie Ihren Akku tagsüber überhaupt nicht aufladen müssen. Stellen Sie sich jetzt eine Woche, einen Monat vor ... Wie wäre es mit Jahrzehnten? Dies können wir mit unserer Technologie tun ", sagte der Startup-Mitarbeiter Neil Niker über die Entwicklung von NDB.
