Создана первая в мире «вечная» батарейка. она стоит дешевле литиевых аккумуляторов. видео

Оглавление

История радиоизотопных генераторов и элементов питания

Исторически первый радиоизотопный источник электрической энергии (Beta Cell) был создан и представлен британским физиком Г. Мозли в . Он представлял собой (по современной классификации) атомный элемент — стеклянную сферу, посеребрённую изнутри, в центре которой на изолированном электроде располагался радиевый источник ионизирующей радиации. Электроны, излучающиеся при бета-распаде, создавали разность потенциалов между серебряным слоем стеклянной сферы и электродом с радиевой солью.

Первые практически применяемые радиоизотопные генераторы появились в середине XX века в СССР и США, в связи с освоением космического пространства и появлением достаточно большого количества осколков деления ядерного топлива (из суммы которого и получают необходимые изотопы методами радиохимической переработки).

Одним из веских оснований к применению радиоизотопных источников энергии служит ряд преимуществ перед другими источниками энергии (практическая необслуживаемость, компактность и др.), и решающим основанием явилась громадная энергоёмкость изотопов. Практически по массовой и объёмной энергоёмкости распад используемых изотопов уступает лишь делению ядер урана, плутония и др. в 4—50 раз, и превосходит химические источники (аккумуляторы, топливные элементы и др.) в десятки и сотни тысяч раз.

Работы в США

В 1956 году в США возникла программа под названием SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power — вспомогательные ядерные энергетические установки). Программа была разработана для удовлетворения потребностей в надёжном автономном источнике энергии, который можно использовать в отдалённых местах в течение значительного промежутка времени без всякого обслуживания. Успехом этой программы явилось появление таких источников на спутниках «Транзит» (SNAP-11), Американской антарктической станции, в Арктическом бюро погоды (SNAP-7-D, SNAP-7-Е, SNAP-10-А). Были созданы генераторы SNAP-1А, SNAP-2, SNAP-3, SNAP-3А1 (1969 г.), SNAP-8, NAP-100 (1959 г.), SNAP-50, использующие парортутный цикл Ренкина (турбогенератор).

Два из четырёх радиоизотопных генераторов SNAP-19 зонда «Пионер»

Американские радиоизотопные генераторы:
NAP-100, SNAP-1А, SNAP-2, SNAP-3, SNAP-3А1, SNAP-7-D, SNAP-7-Е, SNAP-8, SNAP-10-А, SNAP-11, SNAP-50, SNAP-9, SNAP-19, SNAP-21, SNAP-23, SNAP-25, SNAP-27, SNAP-29, Stirling Radioisotope Generator (SRG) и др.

В настоящее[когда?] время в США сформирован отдел систем радиоизотопной энергии при министерстве энергетики США, и таким образом радиоизотопная энергетика выделилась и стала самостоятельной областью энергетики.

Работы в СССР и России

На советских космических аппаратах «Космос-84», «Космос-90» (1965 г.), использовались радиоизотопные генераторы «Орион-1» и «11К» на основе полония-210. Тот же изотоп (в составе полонида иттрия) был основой радиоизотопных источников тепла В3-Р70-4 с начальной тепловой мощностью 150—170 Вт на аппаратах «Луноход-1» (1970 г.) и «Луноход-2» (1973 г.).

Российские радиоизотопные генераторы:

БЕТА-1, БЕТА-2, БЕТА-3, БЕТА-М, БЕТА-С, МИГ-67, РИТ-90, Эфир-МА, РИТЭГ-ИЭУ-1, РИТЭГ-ИЭУ-1М, РИТЭГ-ИЭУ-2, РИТЭГ-ИЭУ-2М, «Гонг», «Горн», «Сеностав-1870», РИТЭГ-238/0,2 («Ангел») и многие другие.

Прочие страны

Английские радиоизотопные генераторы:

RIPPLE-1, RIPPLE-2, RIPPLE-3, RIPPLE-4, RIPPLE-5, RIPPLE-6, RIPPLE-7 и др.

Атомная батарейка:

Атомная батарейка — эта технология
, которая базируется на идее преобразования энергии, которую излучает радиоактивный источник, в электрическую энергию. Простейшая атомная батарейка состоит из источника излучения и отделенного от нее диэлектрической пленкой
коллектора. При распаде радиоактивный источник испускает бета-излучение, вследствие чего он заряжается положительно, а коллектор — отрицательно и между ними возникает разность потенциалов.

Над созданием источников питания, которые могли бы работать за счет энергии
радиоизотопов, сейчас трудятся ученые по всему миру. Образцы ядерных батареек существуют и в России, и в США, и в других странах. При этом в качестве радиоактивных источников используется тритий, Ni-63 и углерод-14.

Атомная батарейка на основе углерода
-14 отличается рядом преимуществ по сравнению с атомными батарейками на основе других радиоактивных изотопов, а именно: экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации.

Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в атомной батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.

Второе отличие атомной батарейки на основе углерода-14 состоит в том, что в качестве «подложки» под радиоактивный элемент используется принципиально новая структура – пористая карбидокремниевая гетероструктура. Технология производства карбидной пленки путем ее наращивания на готовой кремниевой подложке «методом эндотаксии» позволяет уменьшить стоимость «подложки» в 100 раз, что делает атомную батарейку дешевой.

Неоспоримым плюсом карбидокремниевой гетероструктуры также является ее устойчивость к радиации
. При излучении изотопа она остается практически неизменной, что и позволяет говорить о том, что такая атомная батарейка будет работать неограниченно долгое время.

Карбид кремния
— это тоже полупроводниковый материал. Он химически более устойчив, способен работать при температуре до 350 градусов. Кремниевые датчики температур работают максимум до 200. Карбид кремния работает при температуре на 150 градусов выше. Он в 10 раз радиационно пассивнее и устойчивее, чем кремний.

Корпус для батареек и из чего он сделан?

Такая деталь батарейки как корпус играет очень значительную роль. По сути она удерживает все ее содержимое и предотвращает от распада деталей в разные стороны.

В каких батарейках цинковый корпус?

Многих интересует данный вопрос и это не спроста. Цинк можно использовать для различных экспериментов. Или же его можно просто продать. Цинковым корпусом обладают солевые источники питания. Обычно на них стоит надпись что они солевые.

Последнее время встречаются элементы питания, поверхность которых сделана из железа, жести. Это связано с тем что находится внутри источников энергии. Для повышенной прочности и защиты требуется именно такой кожух.

Из чего состоит корпус пальчиковой батарейки?

Он имеет простое устройство и состоит из нескольких частей:

  • Верхняя
  • Нижняя
  • Боковая овальная
  • Маркировка

Но под корпусом порой люди имеют ввиду отсек куда вставляются элементы питания. Например, по типу такого:

Корпус для батареек xbox 360

Он выглядит по типу так:

Можно изготовить корпус для батареек своими руками. Но на это нужно время. Ниже в видео представлено как это можно сделать из подручных средств.

Примерный химический состав всех батареек

В каждом типе энергетических накопителей содержатся разные химические элементы. Вот химические элементы, встречающиеся в источниках энергии:

  1. Никель
  2. Кадмий
  3. Свинец
  4. Ртуть – сейчас уже редко используется.
  5. Литий
  6. Цинк
  7. Марганец
  8. Алюминий
  9. Железо

Таким образом по составу элементы питания выглядит как-то так! Но устройство энергетического элемента не может включать в себя сразу все эти вещества.

В итоге из чего сделаны батарейки теперь понятно.

Тепловое преобразование

Термоэмиссионное преобразование

Термоэмиссионный преобразователь состоит из горячего электрода, который испускает электроны термоэлектронным над пространственным зарядом барьером к охладителю электроду, производя полезную выходную мощность. Пары цезия используются для оптимизации рабочих функций электрода и обеспечения поступления ионов (за счет поверхностной ионизации ) для нейтрализации объемного заряда электронов .

Термоэлектрическое преобразование

Планируется, что кардиостимулятор с радиоизотопным питанием, разрабатываемый Комиссией по атомной энергии, будет стимулировать пульсирующее действие неисправного сердца. Около 1967 года.

В радиоизотопном термоэлектрическом генераторе (РИТЭГ) используются термопары . Каждая термопара состоит из двух проводов из разных металлов (или других материалов). Температурный градиент по длине каждого провода создает градиент напряжения от одного конца провода к другому; но разные материалы производят разное напряжение на градус разницы температур. Соединяя провода на одном конце, нагревая этот конец, но охлаждая другой конец, между неподключенными концами провода генерируется полезное, но небольшое (милливольты) напряжение. На практике многие из них подключаются последовательно (или параллельно), чтобы генерировать большее напряжение (или ток) от одного и того же источника тепла, поскольку тепло течет от горячих концов к холодным. Металлические термопары имеют низкую теплоэлектрическую эффективность. Однако плотность и заряд носителей можно регулировать в полупроводниковых материалах, таких как теллурид висмута и кремний-германий, для достижения гораздо более высокой эффективности преобразования.

Термофотоэлектрическое преобразование

Термофотоэлектрические (TPV) элементы работают по тем же принципам, что и фотоэлектрические элементы , за исключением того, что они преобразуют инфракрасный свет (а не видимый свет ), излучаемый горячей поверхностью, в электричество. Термоэлектрические элементы имеют КПД немного выше, чем термоэлектрические пары, и их можно накладывать на термоэлектрические пары, потенциально удваивая эффективность. Университет Хьюстон Т радиоизотопы Мощность усилий по развитию технологии преобразования направлен на объединение Термофотоэлектрических клеток одновременно с термопарами , чтобы обеспечить 3- до 4-кратного повышения эффективности системы по сравнению с современными термоэлектрическими генераторами радиоизотопов.

Генераторы Стирлинга

Радиоизотопный генератор Стирлинга является двигателем Стирлинга обусловлен разницей температур , создаваемой радиоактивным изотопом. Более эффективная версия, усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга , разрабатывалась НАСА , но была отменена в 2013 году из-за крупномасштабного перерасхода средств.

Конструкция

При конструировании радиоизотопных источников энергии инженеры руководствуются максимально возможными характеристиками материалов и соответственно лучшим итоговым результатом. В то же время при создании конструкции необходимо также учитывать экономические факторы и вторичные опасности. Так, например, при использовании альфа-излучающих рабочих изотопов с большим удельным энерговыделением часто необходимо разбавить рабочий изотоп для уменьшения тепловыделения. В качестве разбавителей используются различные металлы, в случае применения изотопа в форме оксида или другого соединения — разбавление производится подходящим инертным оксидом и др. Следует учитывать вторичные реакции частиц, излучаемых рабочим радиоизотопом, с материалом-разбавителем; так, хотя бериллий или его тугоплавкие соединения (оксид, карбид, борид) удобны в качестве разбавителя бета-активных изотопов (вследствие большой теплопроводности, малой плотности, большой теплоёмкости), но в контакте с альфа-активным изотопом ввиду эффективности (α, n)-реакций на лёгких ядрах источник тепла превратится в весьма опасный источник нейтронов, что по соображениям безопасности совершенно недопустимо.

При конструировании защитных оболочек от гамма-излучения наиболее предпочтительными материалами является прежде всего свинец (ввиду его дешевизны) и обеднённый уран (ввиду гораздо лучшей способности к поглощению гамма-излучения).

При создании полониевых излучательных элементов важную роль в разбавлении играет то обстоятельство, что полоний, подобно теллуру, весьма летуч, и требуется создание прочного химического соединения с каким-либо элементом. В качестве таких элементов предпочтительны свинец и иттрий, так как они образуют тугоплавкие и прочные полониды. Золото также образует весьма технологичный полонид. Экономически эффективно использование обеднённого урана для защиты от гамма-излучения (эффективность поглощения гамма-квантов ураном в 1,9 раза больше, чем свинцом) ввиду необходимости ассимиляции больших накопленных запасов обеднённого урана в технике.

Конструкционные и вспомогательные материалы для производства РИЭ

При производстве радиоизотопных источников энергии применяются различные конструкционные и вспомогательные материалы, обладающие специфическими физико-химическими, механическими и ядерно-физическими свойствами, позволяющими повысить КПД устройств и обеспечить высокий уровень безопасности как при нормальной эксплуатации, так и в аварийных условиях.

  • Высокопрочные стали: в зависимости от назначения.
  • Медь: теплообменники.
  • Облегчённые: титан, алюминий, магний, иттрий, бериллий и сплавы.
  • Радиационная защита: свинец, обеднённый уран, бориды, кадмий, европий, гадолиний, самарий и сплавы.
  • Теплоносители: ртуть, легкоплавкие сплавы висмута, цезия, натрия, калия, лития, галлия и других металлов, вода и др.
  • Термоэлектрические материалы: В зависимости от температурного режима работы.
  • Разбавители рабочего изотопа: медь, свинец, золото, иттрий, никель (разбавление изотопов кюрия (до 30 % никеля) в сплаве с изотопом для стабилизации свойств, технологичности, уменьшения радиации и др.
  • Припои: для герметизации, электрической коммутации, монтажа теплообменной арматуры и др.

Регулирование режимов работы

Регулирование работы радиоизотопных источников энергии представляет известные трудности, ввиду того что сам источник (радиоизотоп) обладает фиксированными параметрами тепловыделения, повлиять на которые (ускорить или замедлить) современная технология не в состоянии. В то же время можно регулировать параметры вырабатываемой электроэнергии (а также давление рабочих газов или жидкостей). В настоящее[когда?] время все методы регулирования радиоизотопных источников энергии сводятся к следующему:

  • Регулирование потока тепла от радиоизотопа к преобразователю.
  • Регулирование параметров вырабатываемой электроэнергии.
  • Регулирование давлений рабочих тел.

Альтернативная энергетика

Солнечная энергия

В мае 2012 года международная группа ученых разработала новые ультратонкие металлические электроды на золоте, которые позволят создавать прозрачные солнечные панели. Эти панели можно будет устанавливать в окнах домов и офисов. Они будут аккумулировать энергию солнечного света в течение дня.

А в 2020 году Tesla презентовала собственный инвертор солнечной энергии, который дополнит линейку домашних солнечных батарей компании. Он будет преобразовывать солнечную энергию в энергию постоянного тока, а затем — в энергию переменного тока для бытового потребления. Устройство сможет работать при температурах от минус 30 °C до 45 °C. В зависимости от числа трекеров точки максимальной мощности, оно сможет выдавать от 3,8 кВт до 7,6 кВт мощности.

Инвертор Tesla

(Фото: electrek.co)

Геотермальная энергия

Американский стартап UC Won в 2020 году предложил концепцию геотермального накопителя GeoTES (Geological Thermal Energy Storage) для круглосуточного использования солнечной энергии. Система объединит солнечные тепловые коллекторы с параболическими зеркалами (фокусируют лучи в одной точке), подземное хранилище тепла в осадочных породах (образуются при низких температурах и давлении) и электрогенерирующее оборудование на пару в виде трубок и турбины. При нагревании солнцем вода в трубках будет испаряться, а пар будет входить в турбину и одновременно закачиваться под землю, разогревая осадочную породу. Ночью вода под землей будет испаряться уже под воздействием разогретой породы. Получаемый пар используют для выработки электроэнергии.

Схема работы системы GeoTES

(Фото: renewgeo.com)

Криосистемы

Стартап из Великобритании Highview Power начал работы в Манчестере по строительству комплекса CRYOBattery мощностью 50 МВт и емкостью 250 МВт·ч. Система CRYOBattery будет захватывать воздух из атмосферы в специальную емкость и сжимать его при сверхнизких температурах (минус 196 °C), чтобы превратить в жидкость. Эту жидкость поместят в баки с теплоизоляцией и низким давлением. Нагревание вернет воздух в газообразное состояние, а газ приведет в действие турбины генераторов, которые будут вырабатывать электричество.

Схема работы CRYOBattery

В мае 2021 года международная группа ученых представила новые ультратонкие металлические электроды из золота, которые можно будет применять для разработки прозрачных солнечных панелей. Потенциально такие панели можно будет встраивать в окна домов и офисов, чтобы аккумулировать энергию.

Как работают плутониевые кардиостимуляторы

Как следует из термина «термоэлектрический», тепло от разлагающегося плутония используется для выработки электричества, которое стимулирует сердце. В начале 2000-х в США было от 50 до 100 человек с кардиостимуляторами, работающими на атомной энергии. Каждый раз, когда один из этих людей умирал, кардиостимулятор извлекали и отправляли в Лос-Аламос, где впоследствии извлекали и восстанавливали плутоний.

Как видно на фотографии кардиостимулятора (уже без плутония) выше, электроника устройства заключена в эпоксидную смолу. Твердый титановый корпус спроектирован таким образом, чтобы выдерживать любые вероятные события повреждения, включая выстрелы и кремацию.

Доза излучения на поверхности кардиостимулятора составляет приблизительно 5-15 мбэр (микробэр, «биологический эквивалент рентгена», единица измерения) в час от испускаемых гамма-лучей и нейтронов. По оценкам, облучение всего тела составляет приблизительно 0,1 бэр в год для пациента и приблизительно 7,5 мбэр в год для его супруги. Для сравнения, 100 мбэр — это фоновое облучение, которое человек в среднем получает за год.

Зачастую плутониевые кардиостимуляторы переживали своих владельцев. В 1973 году сотрудник Медицинского центра Ньюарк Бет-Исраэль доктор Виктор Парсоннет  установил 20-летней женщине кардиостимулятор фирмы Numec NU-5. На тот момент устройство обошлось пациентке в 23 000 долларов в пересчете на современный курс. Однако в долгосрочной перспективе ядерный кардиостимулятор оказался весьма экономным – любой другой аналогичный прибор за такой срок потребовалось бы сменить от четырех до пяти раз.

По данным Парсоннета, NU-5 установили 139 больным. Большинства их уже нет в живых.

Батарейкой в таком кардиостимуляторе, как мы уже сказали, служит радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора. По сравнению с ядерным реакциями деления, которые протекают на обычных атомных станциях, РИТЭГ гораздо более компактны. КПД у них небольшое, как и выходная мощность, однако они не требуют обслуживания и работают десятилетиями. Многие спутники, которые мы запускали в холодные глубины космоса, вроде тех же «Вояджеров», уносили с собой РИТЭГ с плутонием-238 — в этом секрет их долговечной работы.

Почему же мы не используем такие вечные батарейки везде? Дело в том, что у нас закончился плутоний-238. Когда-то его производили как побочный материал при производстве ядерного оружия. Однако те времена давно прошли, а наладить производство непосредственно плутония-238 не успели.

Не забудьте подписаться на наш канал с новостями.

Как делают батарейки?

Производство батарей начинается с нарезки пластинок из стали в овальные детали. Дальше выполняется сворачивание в металлическую трубочку. Которая затем будет именоваться корпусом. В него помещают химические составляющие, такие как графит, серебряный катализатор, диоксид марганца, сульфат бария, цинк, загуститель, гидрооксид калия. Устройство батарейки не всегда бывает простым.

Дальше пресс скатывает химикаты катода в гранулы. После этого на корпус наноситься бороздка для того, чтобы упростить запайку. Затем на отрицательный полюс наноситься герметик. Параллельно с этим на другом станке идет нарезка перфорированной бумаги. Производиться нанос клея около минусового полюса. Пока корпус передвигается по конвейеру клей высыхает.

Затем производиться впрыскивание гидрооксида калия или электролита. Далее в полость анода впрыскивается цинковый гелий. Цинк придает гелию серебристо белый цвет. Сварочный станок приваривает 4-и сантиметровых гвоздя к крышке батареи. Там будет скапливаться заряд прежде чем разрядиться. После происходит закрытие отрицательного полюса. Затем все края загибаются, и энергетический элемент становиться похожим сам на себя.

Специальный электронный станок проверяет каждый элемент питания на брак и наличие заряда в 1,5 вольт. Дальше остается сделать контрольный штрих приклеить наклейку. Как только это будет сделано каждому источнику питания предстоит пройти через печь. Температура в подобном устройстве 198 градусов, и они будут там находиться всего 3 секунды. Это нужно для того чтобы наклейка хорошо закрепилась.

Как делают батарейки на заводе видео?

https://youtube.com/watch?v=0tjKi1bSh0E

Оборудование для производства батареек

В качестве установок для создания элементов питания используют различные автоматизированные машины. Изготовлением специальных станков занимается компания ЛИК и многие другие. Зачастую устройство батарейки улучшают и видо изменяют.

По сути выстраивается автоматизированная линия, состоящая из нескольких станков. Ведь требуется создать полый цилиндр, выполнить прессовку, нанести клей, добавить нужные химические элементы, создать и приклеить наклейку, а затем еще и подвергнуть элемент питания тепловому воздействию.

Вот примерный состав линии:

  • Вибрационная машина
  • Станок создающий корпус, машина на перевернутый корпус
  • Автомат разделения потока на рукава
  • Станок для управления бумагой
  • Собирающая машина
  • Отжимной станок
  • Лента
  • Шлюз
  • Тарелка

Каждая компания производит линии по-своему и поэтому состав может заметно отличаться.

Читайте так же:

Как устроена и как работает атомная батарейка

Действительно, атомная батарейка существует. По-другому ее называют атомный аккумулятор или ядерный аккумулятор. Она предназначена для питания различных мобильных устройств. Создана батарейка самого продолжительного срока действия благодаря процессу ядерного распада, так как основным элементом, который способствует работе устройства, является тритий. Именно от этого вещества и питается атомная батарейка.

Внутри атомный аккумулятор содержит , на работу которой оказывает действие тритий. Отмечается, что радиоактивность, которая излучается атомной батарейкой, очень и очень мала, поэтому вред здоровью человека и окружающей среде устройство не приносит. Главное достижение – это продолжительность работы батарейки. Без дополнительной подзарядки ядерный аккумулятор может прослужить около 20 лет.

Виды и типы генераторов и элементов

Радиоизотопные источники питания подразделяются на:

  • Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи): используются термоэлементы.
  • Радиоизотопные термоэмиссионные генераторы: используется термоэмиссионный преобразователь.
  • Радиоизотопные комбинированные генераторы: используются термоэмиссионный преобразователь (1-я ступень) и термоэлементы (2-я ступень преобразования).
  • Радиоизотопные паротурбинные генераторы: парортутные или пароводяные турбины и электрогенератор.
  • Атомные элементы: альфа- и бета-излучающие изотопы, помещённые в вакуумные капсулы, создают очень высокое напряжение при малых токах.
  • Атомные полупроводниковые элементы: облучение полупроводниковых сборок в заданном направлении.
  • Радиоизотопные пьезоэлектрические источники.
  • Радиоизотопные оптико-электрические источники.
  • Радиоизотопные источники высокопотенциального тепла: получение нагретых жидкостей (вода, топливо и др.) и газов для отопления, обогрева резервных батарей и др.
  • Радиоизотопные подогреватели и ионизаторы воздуха: подогрев (частичный) и сильная ионизация воздуха или кислорода, подаваемого в металлургические печи (интенсификация горения топлива).
  • Радиоизотопные реактивные двигатели: используются высококонцентрированные и тугоплавкие соединения радиоизотопов с максимальным выделением энергии для нагрева рабочих тел (водород, гелий), используемых в реактивных двигателях малой мощности (маневрирование спутников).

Безопасность применения батареи

Вам будет интересно:Расширение текстового файла — описание популярного формата

Что касается безопасности, то эксперты уверены в том, что атомный аккумулятор не будет оказывать негативного воздействия на организм человека. Повод для такой уверенности дает уникальная конструкция. Прямое бета-излучение, без всяких сомнений, негативно сказывается на всех живых организмах. Однако стоит учитывать, что в таких аккумуляторах оно будет «мягким». Даже если такое излучение не выйдет наружу, оно будет поглощено внутри аккумуляторного элемента. Поскольку атомная батарейка будет способна поглощать излучение внутри, не давая ему выйти наружу, специалисты сегодня делают прогнозы на применение таких аккумуляторных устройств в медицинской сфере. К примеру, такие батарейки могут использоваться в конструкциях кардиостимуляторов.

Еще одним перспективным направлением использования таких батареек является аэрокосмическая отрасль. Промышленность стоит на третьем месте. Кроме этих основных отраслей, существует еще множество дополнительных проектов, в которых можно будет применять атомную батарею. Одним из важнейших направлений может стать транспортная отрасль.

Устройство и состав

Атомная батарейка – технически сложный девайс, состоящий из нескольких элементов:

Устройство ядерной батарейки.

  • Источник излучения. Радиоактивный элемент, участвующий в химической реакции. В результате процесса происходит преобразование в электрический ток. Ещё один компонент, нераздельно связанный с источником – коллектор, отделённый диэлектрической плёнкой.
  • Подложка. В опытных образцах используется материал нового поколения, обладающий уникальными свойствами. Это пористая карбидокремниевая гетероструктура, которая получается в результате наращивания карбидной плёнки на кремниевой базе. Материал показал высокую устойчивость к радиоактивным элементом, при этом имеет адекватную стоимость.
  • Карбид кремния. Полупроводник, способный выдержать сверхтемпературы вплоть до +350°C. По способности противостоять радиации, он в 10 раз превосходит кремний.

Может ли использоваться атомный аккумулятор в смартфонах?

Вам будет интересно:Что такое NFS? Network File System. Протокол сетевого доступа к файловым системам

Большинство компаний, занимающихся производством смартфонов, соревнуются по следующим показателям:

  • диагональ экрана;
  • быстродействие;
  • габариты (как правило, борьба идет за уменьшение толщины устройств);
  • длительность автономной работы устройства.

В настоящий момент вопрос о том, как может использоваться атомная энергия для создания современных смартфонов, остается актуальным. По предположениям ученых, уже в ближайшем будущем появятся устройства, которые можно будет оборудовать аккумуляторами, функционирующими по принципу реакции ядерного элемента. В этом случае телефоны будут функционировать без дополнительной зарядки до 20 лет. Такое время автономной работы не может не впечатлять.

Завод по производству батареек

В России имеется 5 лучших производителей элементов питания.

Космос

Осуществляет производство источников энергии в России с 1993 года. Имеет 35 заводов как на родине, так и за рубежом. А именно есть фабрики в Китае. В торговых точках можно отыскать элементы питания от этой компании под именем «Kosmos Premium» и «Космос». Данная торговая марка широко известна и имеет своих дилеров в разных странах. Каждый год фирма делает до ста миллионов продаж своих источников питания.

На рынке данный завод батареек себя уже давно зарекомендовал с положительной стороны. Многократно компания получала разные награды за свою работу.

Фотон

Подобная компания стала заниматься источниками энергии с 2011 года и уже успела вырваться в лидеры. Успех компании обусловлен качественной продукцией. Устройство батарейки от этой компании  имеет отличные характеристики.

Батареи от этой компании были протестированы и оказалось, что они работают достаточно долго и стоят дешевле, например, того же Дюрасел. Компания фотон занимается производством солевых источников питания.

Лиотех

Этот завод батареек был открыт совместно с китайцами. Он производит литий-ионные аккумуляторные элементы. Находится фабрика около города Новосибирска. Площадь производства очень громадна она занимает 4 Га.

Таким образом данный завод доказывает всем что в России может действовать большое конкурентное производство гальванических элементов. Кроме этого они улучшают устройство гальванических элементов.

Энергия

Данная компания находится в городе Елец. С ней сотрудничает Министерство обороны. И это дает повод думать, что это действительно надежный производитель. В 2011 году были запущены специальные цеха для производства литий ионных полимерных источников питания. В основном здесь идет производство пальчиковых батареек и аккумуляторов.

CCK

Данная компания работает с 1993 года и выпускает свинцовые элементы питания 4 и 5-го поколений. Кроме этого завод работает над увеличением емкости энергетических элементов и разрабатывает новые материалы. Вся продукция этой фирмы служит достаточно долго.

Аккумулятор выпущенный этой фабрикой имеет большое число циклов разряда-заряда. Это означает что подобный элемент питания будет служить достаточно долго. И не придется его менять каждые 2-3 месяца.

Тем временем в России

Отечественные специалисты тоже смотрят в сторону атомных портативных элементов питания. К примеру, сотрудники НИТУ «МИСиС» в августе 2020 г. продемонстрировали собственный прототип такой батареи, конструкция которой основана на запатентованной микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента. Срок службы такой батарейки – 20 лет.

Особенность трехмерной структуры батарейки заключается в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.

Отечественный вариант бета-гальванической батареи

За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента размеры батареи, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.

«Выходные электрические параметры предложенной конструкции составили: ток короткого замыкания IКЗ — 230 нА/см2 (в обычной планарной — 24 нА), итоговая мощность — 31 нВт/см2, (в планарной — 3 нВт). Конструкция позволяет на порядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде β-источника, в электроэнергию, что в перспективе снизит себестоимость источника примерно на 50% за счет рационального расходования дорогостоящего радиоизотопа, — отметил один из разработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС».

Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.