Китайцы вывели «вечные» атомные батарейки на новый уровень мощности

В идее атомных батареек заключена заманчивая мысль: никогда не думать о поддержании заряда смартфона или электромобиля. Пока безопасные в быту атомные источники питания не могут обеспечить достаточную мощность для питания энергоёмких устройств. К счастью, прогресс в совершенствовании подобных элементов питания есть. Например, китайские учёные за год смогли на порядок увеличить мощность атомных батареек.

Об успехе сообщила группа учёных из Северо-Западного педагогического университета (Northwest Normal University) и компании Gansu Zhulong Technology. Недавно они представили новое поколение атомной батарейки Qianjiyuan Tianshu на изотопе углерода-14 (¹⁴C) и связанный с ней карбид-кремниевый преобразователь энергии. Разработчики подчёркивают, что устройство создано без иностранных технологий и комплектующих, а сама работа позиционируется как переход от лабораторного прототипа к подготовке коммерческого продукта.

Элемент вырабатывает энергию напрямую за счёт бета-распада углерода-14. При распаде этот изотоп испускает бета-электроны. Они улавливаются полупроводниковыми переходами на основе карбида кремния на границе с радиоактивным материалом, благодаря чему возникает электрический ток. Это как солнечная панель, только работающая на улавливании излучения, возникающего при распаде радиоактивного материала.

Период полураспада ¹⁴C составляет около 5730 лет. По утверждению разработчиков, за 50 лет работы такая батарейка потеряет лишь 5 % мощности. Это настоящая находка для кардиостимуляторов и медицинских имплантов, элементы питания в которых сегодня приходится менять каждые 10–15 лет.

Уровень вырабатываемой атомной батарейкой мощности вышел на микроватты и достиг 1,13 мкВт, тогда как год назад предыдущий экземпляр демонстрировал мощность 433 нановатт. Также по сравнению с предыдущим образцом количество радиоактивного материала снижено до 22 % от первоначального уровня, ток короткого замыкания вырос в 2,5 раза (до 0,713 мкА), максимальная мощность — в 2,6 раза, а эффективный объём уменьшен до 17 % (до 16,8 см³) от прежнего значения, что дало рост объёмной плотности мощности в 15,5 раза. Напряжение холостого хода осталось на уровне 2,06 В.

Заявленные характеристики атомных батареек далеки от возможности питать бытовую технику, но даже на такие элементы есть устойчивый спрос, и не только в сфере здравоохранения. Это датчики интернета вещей, аппаратура для глубоководных и полярных исследований, космические зонды, необслуживаемые узлы связи и сфера обороны. Разработчики заявляют рабочий диапазон элемента от −100 до +200 °C — это хороший задел для практического использования таких элементов в суровых условиях космоса и Земли.