Многие аспекты современной жизни зависят от мобильных девайсов с батарейным питанием, начиная от устройств телекоммуникации и заканчивая транспортными средствами. Вездесущность подобной аппаратуры стимулирует разработку аккумуляторов, эффективных с точки зрения затрат, экологичности и КПД. Американский стартап Nano Diamond Battery (NBD) представил одноимённый концептуальный прототип алмазной батареи, срок службы которой составляет тысячи лет.
Как можно предположить по названию изотопно-алмазного аккумулятора NBD, его действие основано на взаимодействии радиоактивных изотопов из переработанных ядерных отходов и алмазных панелей. В роли сердечника аккумулятора может выступать графит, который использовался в качестве замедлителя в графито-водном ядерном реакторе. Для защиты окружающей среды от радиоактивного излучения сердечник «упаковывают» в надёжный слой алмазного поликристаллического композитного материала.
Помимо радиационной стойкости, среди всех минералов алмаз обладает самой высокой теплопроводностью. Крошечные алмазные кристаллы способны поглощать тепло радиоактивного сердечника настолько быстро, что внутри батареи наблюдается процесс неупругого рассеяния, который преобразует энергию бета-излучения изотопов в электричество. Другими словами, NBD представляет собой миниатюрный ядерный реактор, действующий на основе бета-гальванического процесса. Благодаря длительному периоду полураспада радиоактивных изотопов срок службы самозаряжающейся батареи составит тысячи лет (маркетологи компании называют цифру в 28 000 лет). К тому же хранить излишек энергии можно в дополнительных ёмкостях, например, во встроенных суперконденсаторах.
Аккумулятор, который использует радиоактивные отходы и работает тысячи лет: звучит многообещающе, но в чём же подвох? Дело в том, что минимальный элемент NBD размером в 40 микрометров производит мизерное количество электроэнергии, потому для питания стандартных устройств необходимо объединять немалое количество подобных элементов. Впрочем, производитель не считает недостатком необходимость совмещать множество бета-гальванических элементов, а наоборот характеризует этот момент как «гибкость дизайна». По словам представителей компании Nano Diamond Battery, отдельные элементы можно комбинировать, адаптируя форму батареи под любой известный стандарт AA, AAA, 18650, 2170 и т. п. Более того, руководство стартапа отмечает, что в быту современного человека достаточно устройств, которые нуждаются в небольшом, но практически неразрушимом источнике энергии. По словам специалистов компании, пользователям не стоит переживать о безопасности изотопно-алмазных батарей, поскольку композитное покрытие из алмазного поликристаллического материала защищает не только от внутреннего радиоактивного излучения, но и от внешних повреждений.
Производитель предлагает множество вариантов применения аккумуляторов NBD. В повседневной жизни подобные батареи могут прийти на замену традиционным гальваническим аккумуляторам как в бытовой технике, так и в автомобильной отрасли. Кроме того, специалисты компании рассчитывают, что их алмазные батареи найдут применение в медицине. В частности, они могут продлить жизнь медицинских устройств вроде слуховых аппаратов или кардиостимуляторов.
Впрочем, самые большие надежды подаёт эксплуатация NBD в аэрокосмической отрасли. В авиации подобные батареи могут служить источником аварийного питания для летательных аппаратов и отдельных систем, например, для чёрных ящиков. И наконец, больше всего от использования алмазных аккумуляторов выиграют компактные космические аппараты – спутники и зонды. Они могут функционировать на небольшом количестве энергии на протяжении продолжительного времени. Таким образом, NBD батареи имеют все шансы стать источником питания для следующих аппаратов – исследователей далёких космических глубин.
Специалисты Nano Diamond Battery работают над совершенствованием концепта NBD батареи с 2012 года. По предварительным данным, коммерческий вариант должен появиться на рынке в 2023 году.
