Branduolinės baterijos
Dar šeštajame dešimtmetyje betavoltai – beta spinduliuotės energijos išgavimo technologija – mokslininkų buvo laikoma pagrindu kuriant naujus energijos šaltinius ateityje. Šiandien yra tikras pagrindas užtikrintai teigti, kad kontroliuojamų branduolinių reakcijų naudojimas iš esmės yra saugus. Žmonės kasdieniame gyvenime jau naudoja dešimtis branduolinių technologijų, pavyzdžiui, radioizotopinius dūmų detektorius.
Taigi 2014 m. kovą mokslininkai Jae Kwon ir Bek Kim iš Misūrio universiteto Kolumbijoje (JAV) atkūrė pirmąjį pasaulyje veikiantį kompaktiško energijos šaltinio prototipą, pagrįstą stronciu-90 ir vandeniu. Šiuo atveju vandens vaidmuo yra energijos buferis, kuris bus paaiškintas toliau.
Branduolinė baterija veiks ilgus metus be priežiūros ir galės gaminti elektros energiją dėl vandens molekulių irimo, kai jos sąveikauja su beta dalelėmis ir kitais radioaktyvaus stroncio-90 skilimo produktais.
Tokios baterijos galios turėtų visiškai pakakti elektrinėms transporto priemonėms ir net erdvėlaiviams maitinti.Naujojo gaminio paslaptis slypi betavoltaikos ir gana naujos fizikos tendencijos – plazmoninių rezonatorių – derinyje.
Pastaruosius kelerius metus plazmonai buvo aktyviai naudojami kuriant specifinius optinius įrenginius, įskaitant itin efektyvius saulės elementus, visiškai plokščius lęšius ir specialų spausdinimo rašalą, kurio skiriamoji geba daug kartų didesnė už mūsų akių jautrumą. Plazmoniniai rezonatoriai yra specialios struktūros, galinčios tiek sugerti, tiek išspinduliuoti energiją šviesos bangų ir kitų formų elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu.
Šiandien jau yra radioizotopinių energijos šaltinių, kurie atomų skilimo energiją paverčia elektra, tačiau tai vyksta ne tiesiogiai, o per tarpinių fizinių sąveikų grandinę.
Pirmiausia radioaktyviųjų medžiagų tabletės įkaitina talpyklos, kurioje yra, korpusą, vėliau ši šiluma termoporų pagalba paverčiama elektra.
Kiekviename konversijos etape prarandamas didžiulis energijos kiekis; iš to tokių radioizotopinių baterijų naudingumo koeficientas neviršija 7 proc. Betavoltica jau seniai nebuvo naudojama praktikoje, nes radiacija labai greitai sunaikina akumuliatoriaus dalis.
Tyrimai parodė, kad šios suirusios vandens molekulių dalys gali būti naudojamos tiesiogiai išgauti energiją, kurią jos sugeria susidūrus su beta dalelėmis.
Kad vandens branduolinė baterija veiktų, reikia specialios struktūros, susidedančios iš šimtų mikroskopinių titano oksido kolonėlių, padengtų platinos plėvele, savo forma panašios į šukas. Jo dantyse ir platinos apvalkalo paviršiuje yra daug mikroporų, pro kurias į prietaisą gali prasiskverbti nurodyti vandens skilimo produktai. Taigi, veikiant baterijai, „šukoje“ vyksta nemažai cheminių reakcijų – vyksta vandens molekulių skilimas ir formavimasis, o laisvieji elektronai atsiranda ir yra sugaunami.
Visų šių reakcijų metu išsiskirianti energija sugeriama „spyglių“ ir paverčiama elektra. Dėl stulpų paviršiuje atsirandančių plazmonų, turinčių ypatingas fizines savybes, tokia vandens-branduolinė baterija pasiekia maksimalų efektyvumą, kuris gali siekti 54%, o tai beveik dešimt kartų viršija klasikinius radioizotopų srovės šaltinius.
Čia naudojamas joninis tirpalas labai sunkiai užšaldomas net esant pakankamai žemai aplinkos temperatūrai, todėl naudojant naują technologiją pagamintus akumuliatorius galima naudoti elektra varomiems automobiliams, o tinkamai supakuoti – ir įvairios paskirties erdvėlaiviuose.
Radioaktyvaus stroncio-90 pusinės eliminacijos laikas yra maždaug 28 metai, todėl Kwon ir Kim branduolinė baterija gali veikti be didelių energijos nuostolių kelis dešimtmečius, o galia sumažėja tik 2% per metus.Mokslininkai teigia, kad tokie parametrai atveria aiškią elektromobilių paplitimo perspektyvą.