Ученые разработали первую в мире бетавольтаическую батарею нового поколения. Этот усовершенствованный источник питания создается путем подключения радиоизотопных электродов непосредственно к поглотительному слою перовскита — передового материала, известного своей высокой эффективностью.
Чтобы улучшить производительность, команда встроила в электроды квантовые точки на основе углерода-14 и улучшила структуру слоя перовскита. Эти инновации приводят к очень стабильной выходной мощности и впечатляющей эффективности преобразования энергии.
Выводы, опубликованные в журнале Chemical Communications, были проведены профессором Су Иль Ин (канцлер Кану Ли) из Департамента энергетических наук и техники Национального института науки и технологий Республики Корея.
Недавно разработанная технология обеспечивает стабильное и долговременное электропитание без необходимости зарядки, что делает ее многообещающим энергетическим решением следующего поколения для областей, требующих долгосрочной автономной электропитания, таких как исследование космоса, имплантируемые медицинские устройства и военное применение.
С быстрым развитием миниатюризации и усложнения электронных устройств растет потребность в инновационных технологиях электропитания, позволяющих свести к минимуму необходимость частой зарядки. Однако в настоящее время основные батареи, в том числе литиевые и никелевые, имеют короткий срок службы и чувствительны к высоким температурам и влаге, что ограничивает их надежность в экстремальных условиях. Бетавольтаическая аккумуляторная технология, способная обеспечивать стабильное питание в течение многих лет или даже десятилетий, становится мощной альтернативой.
Бетавольтаические элементы генерируют электричество, улавливая бета-частицы, высвобождаемые при естественном радиоактивном распаде. Теоретически они могут работать десятилетиями без обслуживания. Бета-частицы также обладают отличными преимуществами с точки зрения биобезопасности, поскольку они не могут проникнуть через кожу человека. Однако практический прогресс был ограничен из-за проблем с обращением с радиоактивными материалами и обеспечением стабильности материалов.
Чтобы преодолеть эти проблемы, команда профессора Ина разработала гибридную квантовую бета-гальваническую ячейку, которая сочетает в себе изотопный электрод на основе углерода-14 с высокоэффективным поглотительным слоем перовскита. Они значительно улучшили свойства переноса заряда за счет точного контроля кристаллической структуры перовскита и использования таких добавок, как хлорид метиламмония (MACl) и хлорид цезия (CsCl).
В конечном итоге разработанная бетавольтаическая батарея достигла примерно 56 000-кратного увеличения подвижности электронов по сравнению с традиционными системами и поддерживала стабильную выходную мощность в течение до 9 часов непрерывной работы, демонстрируя превосходные характеристики.
Профессор Су-Иль Ин прокомментировал: «Это исследование знаменует собой первую в мире практическую реализацию бетавольтаических батарей. Мы планируем ускорить коммерциализацию следующего поколения технологий энергоснабжения в экстремальных условиях, а также добиться дальнейшей миниатюризации и передачи технологий». Соавтор и докторант Чуно Ли добавил: «Хотя это исследование сопряжено с повседневными задачами, которые часто кажутся невыполнимыми, нами движет сильное чувство миссии и мы знаем, что будущее страны тесно связано с энергетической безопасностью».
Собрано из /scitechdaily