Rusi vyvíjajú atómovú batériu, čo vydrží desaťročia
Trítiová nukleárna batéria pre napájanie miniatúrnej elektroniky. Foto: CityLabs
Vývoj batérie je jedným z najdynamickejších odvetví mikroelektroniky. Na trhu rastie dopyt po novších a stále výkonnejších článkoch. Lenže aj tie najmodernejšie batérie stále zaostávajú za životnosťou prístrojov. Nejeden dnešný spotrebiteľ sa už presvedčil o tom, že kým jeho tri roky starý smartfón je na technologickom vrchole, jeho zdroj energie je v tom čase nezriedka v koncoch. Skutočným technologickým prelomom by bolo vynájdenie batérie, ktorej kapacita by klesala pozvoľna a vydržala by priemerne aj desaťročia.
Vývojom „večnej batérie“ sa vedci zaoberali už na začiatku 20. storočia. v roku 1913 britský fyzik Henry Moseley demonštroval takzvaný betavoltaický článok. Fungoval na tom istom princípe, na akom sú vystavané fotovoltaické panely – medzi dvoma elektródami je zatavený polovodič, ktorý po vystavení lúčom vytvára elektrické napätie. Len s tým rozdielom, že energia nevzniká vďaka slnečnému svetlu, teda fotónom, ale beta žiareniu. Ide o prúd rýchlych elektrónov, ktorý vzniká pri rádioaktívnom rozpade atómových jadier.
Moseley experimentoval s izotopmi rádia, od tej doby ale výskumníci ako zdroj beta žiarenia pre konštrukciu elektrických článkov vyskúšali aj mnoho iných prvkov. V laboratóriách americkej firmy RCA experimentovali v rokoch 1953-56 s izotopmi stroncia, ytria a prométia. V dôsledku nedokonalých polovodičom ale dosiahli elektrickú účinnosť len 0,2 percenta energie beta žiarenia. Tento fakt ale vyvážilo to, že výskum položil základy fotovoltaiky.
Prvá komerčná atómová batéria z USA
Ďalším míľnikom vo výskume bol rok 1972, kedy bola patentovaná Betacel, prvá komerčná atómová batéria z dielne amerických laboratórií McDonell Douglas. Článok, ktorý využíval izotop prométia 147, bol zakomponovaný do nemeckých kardiostimulátorov Biotronik a voperovaný stovke pacientov. Projekt však bol o dva roky neskôr pozastavený. Dôvodom bol nástup oveľa lacnejších lítiových batérií, ktoré využívajú chemickú interakciu tohto kovu s oxidom manganičitým, ale aj nepodložené obavy z jadrových technológií.
Nápad na batérie živené jadrovým rozpadom neskôr na dlhú dobu upadol do zabudnutia. Záujem vedcov o vývoj atómových článkov sa opätovne naštartoval zhruba pred desiatimi rokmi. Lítiové batérie síce majú výborné parametre, v prípade skratu im ale hrozí rýchle vybitie. Aj ich životnosť sa počíta stále len na roky, nie na desaťročia, čo je zásadný nedostatok v prípade prístrojov, kde je výmena batérie veľmi náročná (okrem kardiostimulátorov ide napr. o meracie aparatúry kozmických sond alebo podmorských vrtov).
V roku 2012 americká spoločnosť CityLabs uviedla na trh svoj betavoltaický článok NanoTritium schopný dodávať prúd od 50 do 350 nanoampérov. Batéria tvarom aj veľkosťou pripomínajúca bežný počítačový čip má síce povolenie na bežný predaj, ale v skutočnosti CityLabs s výrobu nikdy nezačala.
Záujem o betavoltaiku sa preniesol do Ruska
V ostatných rokoch sa záujem o výskum betavoltaického článku preniesol do Ruska. Na vývoji atómovej batérie, ktorá by mala vydržať v prevádzke až päťdesiat rokov, dnes spolupracujú tri inštitúcie. Zatiaľ čo vedecká štúdia vychádza z projektu Sibírskej štátnej letecko-kozmickej univerzity, Tomský polytechnický inštitút má na starosti dizajn článku. Podnik Gorno-chimičeskij kombinat (GCHK), ktorý je súčasťou ruského atómového koncernu Rosatom, má na starosti výrobu samotného „paliva“. Ruská batéria by mala využívať izotop niklu 63, ktorý na rozdiel od trícia neemituje také silné žiarenie a má tiež dlhý polčas rozpadu – viac než sto rokov. Ďalšou výhodou je ľahšia výroba niklovej batérie. Izotop niklu zostáva kovom a jeho uloženie do mikročlánku je teda jednoduchšie než v prípade plynného trícia, rádioizotopu vodíka.
Vo svojom výskumnom reaktore v Železnogorsku sa v súčasnosti vyrába nikel 63 ožiarovaním plátkov extrémne čistého niklu. „Koncom roku 2016 by sme chceli mať hotový izotop, v nasledujúcom roku plánujeme predstaviť prototyp batérie,“ uviedol Pjotr Gavrilov, riaditeľ GCHK. Tak ako v prípade americkej batérie NanoTritium by mal byť aj ruský jadrový článok konštruovaný tak, aby jeho majiteľ nemusel mať žiadnu dodatočnú licenciu na prevádzku jadrového zariadenia. Emisie betačastíc budú dokonale odtienené.
Náklady na výrobu jedného gramu rádioaktívneho niklu sa odhadujú na zhruba 4 tisíc amerických dolárov (v prepočte 3500 eur). Vývoj jednej batérie by tak mohol stáť 4,5 milióna rubľov (približne 51,8 mil. eur). Ak by zostalo len pri výrobe na kusy, betavoltaika by sa neoplatila. Ruskí vedci ale veria, že objednávok na „večnú batériu“ bude toľko, že cena radikálne poklesne. „Naši experti vycestovali do Švajčiarska a miestni lekári sa veľmi zaujímali o využitie batérií do kardiostimulátorov,“ zdôraznil Gavrilov.
Technológia jadrových článkov je aj po viac než storočí od samotného objavu betavoltaiky stále na polceste k úspechu a zrejme nikdy nenájde široké komerčné využitie. Všade tam, kde je nutné napájať mikroelektroniku v extrémnych teplotných podmienkach bez hrozby výpadku by ale mohla atómová batéria znamenať zásadný prelom. A pre užívateľov kardiostimulátorov možno aj zlepšenie kvality života.
© energia.sk
K téme
