Bateria jądrowa zyskuje wydajność i trwałość 50 lat

Energia

Zespół redakcyjny witryny poświęconej innowacjom technologicznym – 20 sierpnia 2025 r.

Struktura i zasada działania baterii radiofotowoltaicznej opartej na światłowodach skupiających światło. [Grafika: Tongxin Jiang i in. - 10.1038/s41377-025-01875-1]

Baterie radiofotowoltaiczne

Chińscy inżynierowie zaprezentowali nowy prototyp, który ma szansę zmienić oblicze baterii jądrowych : hybrydową baterię jądrowo-fotowoltaiczną o minimalnej żywotności 50 lat.

Innowacja stała się możliwa dzięki nowemu materiałowi ceramicznemu domieszkowanemu cerem oraz specjalnym falowodom zawierającym radioizotopy strontu 90 (Sr-90) – sam stront nie jest radioaktywny, ale jego izotop 90 jest produktem ubocznym rozszczepienia jądrowego, procesu wykorzystywanego w reaktorach jądrowych, i jest wysoce radioaktywny.

Głównym materiałem jest złożony tlenek gadolinu, glinu i galu, tworzący kryształ, który następnie jest domieszkowany cerem (GAGG:Ce), tworząc doskonały detektor fotonów. Energia radioaktywna z Sr-90 jest przekształcana w światło i koncentrowana w falowodach, a następnie kierowana do półprzewodnikowych ogniw fotowoltaicznych, które generują energię elektryczną.

Prototyp baterii radiofotowoltaicznej osiągnął maksymalną moc wyjściową wynoszącą 48,9 mikrowatów (µW) i niespotykaną dotąd sprawność konwersji energii wynoszącą 2,96%, która jest trzykrotnie wyższa od sprawności osiągniętej dotychczas.

Zespół poszedł dalej, wykorzystując te pojedyncze ogniwa do zmontowania stosu, prototypu integrującego wiele ogniw. To wielomodułowe urządzenie miało maksymalną moc wyjściową 3,17 miliwatów (mW), prąd zwarcia 2,23 mikroamperów (mA) i napięcie obwodu otwartego 2,14 wolta (V).

Zdjęcia prototypów emitujących światło i optymalizacji emisji światła przez falowody. Poniżej krzywe wydajności kwantowej ogniw fotowoltaicznych, prototypu pojedynczego ogniwa i prototypu wielomodułowego. [Grafika: Tongxin Jiang i in. - 10.1038/s41377-025-01875-1]

Przyszłość baterii jądrowych

Test trwałości polegał na poddaniu baterii jądrowej napromieniowaniu wiązką elektronów o natężeniu równoważnym do tego, jakie bateria otrzymywałaby przez 50 lat w warunkach naturalnych. Ostatecznie bateria wykazała degradację parametrów optycznych na poziomie zaledwie 13,8%, co potwierdza wyjątkową odporność urządzenia fotowoltaicznego na promieniowanie.

Wyniki te wskazują, że baterie radiofotowoltaiczne bazujące na światłowodach skupiających światło mogą osiągnąć użyteczną moc wyjściową i doskonałą stabilność długoterminową, co stanowi istotny postęp w zakresie zastosowań baterii jądrowych.

„Mimo że masowa produkcja baterii jądrowo-fotowoltaicznych jest nadal ograniczona przez takie wyzwania, jak masowa produkcja i redukcja kosztów radioizotopów Sr-90, wyniki tych badań stanowią istotny postęp w promowaniu zastosowań baterii jądrowych” – napisał zespół.

Inne wiadomości na temat:

Więcej tematów