Kernbatterij wint aan efficiëntie en duurzaamheid van 50 jaar

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 20 augustus 2025

Structuur en werkingsprincipe van een radiofotovoltaïsche batterij op basis van lichtconcentrerende golfgeleiders. [Afbeelding: Tongxin Jiang et al. - 10.1038/s41377-025-01875-1]

Radiofotovoltaïsche batterijen

Chinese ingenieurs hebben een nieuw prototype onthuld dat de wereld van kernbatterijen belooft te veranderen: een hybride kern-fotovoltaïsche batterij met een minimale levensduur van 50 jaar.

De innovatie werd mogelijk gemaakt door een nieuw keramisch materiaal, gedoteerd met het element cerium, en speciale golfgeleiders die strontium-90 (Sr-90)-radio-isotopen bevatten. Strontium zelf is niet radioactief, maar de 90-isotoop is een bijproduct van kernsplijting, het proces dat in kernreactoren wordt gebruikt, en is zeer radioactief.

Het belangrijkste materiaal is een complex oxide van gadolinium, aluminium en gallium, dat een kristal vormt dat vervolgens wordt gedoteerd met cerium (GAGG:Ce), wat een uitstekende fotonendetector oplevert. De radioactieve energie van Sr-90 wordt omgezet in licht en geconcentreerd in de golfgeleiders, waarna het wordt geleid naar fotovoltaïsche halfgeleidercellen die elektriciteit opwekken.

Het prototype van de radiofotovoltaïsche batterij behaalde een maximaal uitgangsvermogen van 48,9 microwatt (µW) en een ongekende energieomzettingsefficiëntie van 2,96%. Dat is drie keer hoger dan de tot nu toe behaalde efficiëntie.

Het team ging nog een stap verder en gebruikte deze individuele cellen om een stapel samen te stellen, een prototype dat meerdere cellen integreerde. Dit apparaat met meerdere modules had een maximaal uitgangsvermogen van 3,17 milliwatt (mW), een kortsluitstroom van 2,23 microampère (mA) en een open-circuitspanning van 2,14 volt (V).

Foto's van de lichtgevende prototypes en de optimalisatie van de lichtemissie door de golfgeleiders. Hieronder de kwantumrendementcurven van de fotovoltaïsche cellen, het prototype met één cel en het prototype met meerdere modules. [Afbeelding: Tongxin Jiang et al. - 10.1038/s41377-025-01875-1]

Toekomst van kernbatterijen

De duurzaamheidstest bestond uit het blootstellen van de kernbatterij aan een elektronenbestraling die gelijk is aan de straling die de batterij gedurende 50 jaar onder normale omstandigheden zou ondergaan. Uiteindelijk vertoonde de batterij een optische prestatievermindering van slechts 13,8%, wat de uitzonderlijke stralingsbestendigheid van het fotovoltaïsche apparaat bevestigde.

Deze resultaten geven aan dat radiofotovoltaïsche batterijen op basis van lichtconcentrerende golfgeleiders een bruikbaar uitgangsvermogen en een uitstekende stabiliteit op de lange termijn kunnen bereiken, wat een aanzienlijke vooruitgang is voor toepassingen in kernbatterijen.

"Hoewel de grootschalige productie van nucleaire fotovoltaïsche batterijen nog steeds wordt beperkt door uitdagingen zoals massaproductie en kostenverlaging van Sr-90 radio-isotopen, betekenen de resultaten van dit onderzoek een substantiële stap voorwaarts in de promotie van toepassingen van nucleaire batterijen", schreef het team.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen