باتری کوچک هسته ای می تواند چندین دهه بدون شارژ کار کند

باتری که نه هفته ها یا ماه ها طول می کشد ، اما ده ها سال است ، ممکن است به زودی چیزی بیش از یک رویا باشد. در حالی که باتری های لیتیوم یون قابل شارژ تلفن های قدرت ، لپ تاپ ، هواپیماهای بدون سرنشین و اتومبیل های برقی ، همه آنها دارای یک نقص هستند-آنها سریع می پوشند و به شارژ مکرر نیاز دارند. با گذشت زمان ، این ناراحتی به یک مشکل اساسی تبدیل می شود. از آنجا که این باتری ها تخریب می شوند ، آنها غیر قابل اعتماد ، پر هزینه برای جایگزینی و مضر برای محیط زیست می شوند.

به همین دلیل نوع جدیدی از باتری در حال تبدیل سر در دنیای علم است. این نه در لیتیوم بلکه در مقدار کمی کربن رادیواکتیو اجرا می شود. بر خلاف انرژی هسته ای سنتی ، این باتری ایمن ، جمع و جور و تمیز باقی می ماند و می تواند دستگاه های برق را برای نسل ها بدون نیاز به شارژ مجدد برق دهد.

محققان باتری هسته ای ساخته اند که روی رادیوکربن اجرا می شود ، یک شکل رادیواکتیو از کربن که به عنوان کربن -14 نیز شناخته می شود. این نوع کربن فقط ذرات بتا را منتشر می کند-الکترونهای پر انرژی که می توانند با خیال راحت توسط محافظ نازک مانند فویل آلومینیومی مسدود شوند. این نوع ترسناک تابش هسته ای نیست که به مردم آسیب می رساند.

رادیوکربن نیز ارزان و آسان است. این محصول جانبی نیروگاه های هسته ای است ، بنابراین در حال حاضر ساخته شده است. از آنجا که به آرامی پوسیده می شود ، می تواند برای هزاران سال انرژی پایدار فراهم کند.

Su-il In ، استادی که منجر به توسعه این باتری می شود ، می گوید: “ما می توانیم انرژی هسته ای ایمن را در دستگاه ها به اندازه انگشت وارد کنیم.” او و تیمش کار خود را در جلسه بهار 2025 انجمن شیمیایی آمریکا ارائه دادند ، جایی که نزدیک به 12000 دانشمند برای به اشتراک گذاشتن آخرین تحقیقات جمع شدند.

هیجان انگیز ترین قسمت؟ این نوع جدید باتری می تواند نحوه قدرت ما از ماهواره ها گرفته تا کاشت پزشکی را تغییر دهد. این می تواند ضربان سازانی را که یک عمر به طول می انجامند ، یا سنسورهای عمیق در جنگل ها یا اقیانوس هایی که هرگز به باتری جدید احتیاج ندارند ، کند.

بیشتر باتری ها انرژی شیمیایی را ذخیره می کنند و آن را به برق تبدیل می کنند. اما یک باتری بتاولتائیک کار متفاوتی انجام می دهد. از انرژی از پوسیدگی رادیواکتیو استفاده می کند.

با شکسته شدن کربن -14 ، پرتوهای بتا را از بین می برد. هنگامی که این ذرات بتا به یک نیمه هادی حمله می کنند – نوع خاصی از مواد که می تواند جریان الکتریکی را حمل کند – آنها یک واکنش زنجیره ای را شروع می کنند. این منجر به آزاد شدن الکترون هایی می شود که به داخل یک مدار جریان می یابند و برق ایجاد می کنند.

این ایده اصلی در پشت یک سلول بتویلتائیک است. اما تیم IN راهی پیدا کرد که این روند کارآمدتر شود. آنها به جای اینکه ذرات بتا را مستقیماً به نیمه هادی بزنند ، ابتدا به رنگ خاصی که از فلزی به نام روتنیم ساخته شده بود ، برخورد کردند. این رنگ انرژی را بهتر از نیمه هادی به تنهایی جذب می کند.

این رنگ بر روی دی اکسید تیتانیوم پوشانده شده است ، یک ماده مشترک که در پانل های خورشیدی استفاده می شود. هنگامی که رنگ یک ذره بتا را جذب می کند ، “بهمن الکترون” را تحریک می کند. الکترون ها به سرعت از طریق رنگ و به درون دی اکسید تیتانیوم حرکت می کنند ، که آنها را جمع می کند و آنها را از طریق یک مدار می فرستد.

نتیجه یک جریان قوی و پایدار برق از منبع بسیار کمی از تابش است.

طرح های اولیه کربن رادیواکتیو را فقط در یک طرف باتری قرار داده اند – کاتد. این نسخه می تواند فقط 0.48 ٪ از انرژی رادیواکتیو را به برق تبدیل کند. اما تیم IN یک ارتقا هوشمندانه را انجام داد.

آنها رادیوکربن را هم به آند و هم کاتد اضافه کردند. این طرح دو سایت به باتری اجازه می دهد تا پرتوهای بتا بیشتری را بدست آورد و انرژی از دست رفته بین دو انتهای سلول را کاهش داد. طراحی جدید راندمان را به 2.86 ٪ افزایش داده و چگالی قدرت 20.75 نانوذرات در هر سانتی متر مربع در هر میلی لیتر از تابش را تحویل داده است. این ممکن است کوچک به نظر برسد ، اما در دنیای دستگاه های ماندگار و کم قدرت ، این یک پیشرفت است.

محققان همچنین دی اکسید تیتانیوم را با اسید سیتریک درمان کردند تا پیوندهای قوی تری با رنگ روتنیم ایجاد کنند. این باعث افزایش ثبات و کمک به ایجاد انتقال انرژی کارآمدتر شد. این تغییرات در کنار هم منجر به عملکرد کلی بهتر شد.

در می گوید: “ما تصمیم گرفتیم از ایزوتوپ رادیواکتیو کربن استفاده کنیم زیرا فقط پرتوهای بتا تولید می کند.” “این بازیافت ارزان ، ایمن و آسان است.”

باتری های لیتیوم یون ممکن است بیشتر دستگاه های قابل حمل امروز را تأمین کنند ، اما آنها دارای اشکالاتی واقعی هستند. معدن لیتیوم از مقادیر عظیمی از انرژی و آب استفاده می کند. دفع نادرست خاک و آب را با فلزات سمی آلوده می کند. و از دیدگاه مهندسی ، باتری های Li-Ion تقریباً به حد خود رسیده اند.

در توضیح می دهد: “عملکرد باتری های یون تقریباً اشباع شده است.” این بدان معناست که آنها بعید به نظر می رسند که در آینده بسیار بهبود می یابند. با اتصال دستگاه های بیشتر به اینترنت و تکیه بر سنسورهای از راه دور و محاسبات ، جهان به نوع جدیدی از باتری نیاز دارد – یکی که طولانی تر است و در جایی که باتری های منظم شکست می خورند کار می کند.

باتری های هسته ای مانند موجود در توسعه نیازی به شارژ مجدد ندارند. آنها به مرور زمان تخریب نمی شوند. و آنها را می توان به اندازه کافی کوچک ساخت تا بتواند دستگاه های ظریف مانند کاشت مغز یا ابزارهای دقیق را در فضا تأمین کند.

آخرین طراحی یک قدم بزرگ به جلو است ، اما کامل نیست. حتی با راندمان 2.86 ٪ ، باتری تنها بخش کوچکی از انرژی پوسیدگی را به برق تبدیل می کند. این بسیار پایین تر از کارآیی باتری های معمولی است.

برای بهبود آن ، IN و تیم وی قصد دارند شکل انتشار دهنده های رادیوکربن را بهینه کنند. آنها همچنین قصد دارند مواد بهتری ایجاد کنند که ذرات بتا را به طور مؤثر جذب می کنند. با این پیشرفت ها ، تولید برق می تواند افزایش یابد – و بنابراین می تواند تعداد کاربردهای عملی باشد.

عموم مردم نیز در یک نور جدید شروع به دیدن انرژی هسته ای می کنند. با افزایش نگرانی در مورد تغییرات آب و هوا ، بسیاری از مردم اکنون می دانند که انرژی هسته ای می تواند تمیز و بی خطر باشد. باتری های بتاولتائیک از همان سوخت خطرناک موجود در راکتورها استفاده نمی کنند و نمی توانند باعث ذوب شدن شوند.

در عوض ، آنها منبع قدرت آرام و قابل اعتماد برای آینده را ارائه می دهند. چه در یک هواپیمای بدون سرنشین ، یک کاوشگر در فضای عمیق و چه یک مانیتور قلب ، این نوع باتری جدید می تواند به ما کمک کند تا زندگی های متصل تری داشته باشیم-با وقفه های کمتری و زباله های بسیار کمتری.